JP2011213873A - 高温炉内用封止材及び封止機構 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る封止材は、粘度の異なる2種類の金属ガリウム−粒子混合物を積層化してなる封止材である。また、本発明に係る仕切弁は、前記封止材を底部に貯留し、封止材表面の上方でガス流入管の上端高さに整流板を設けた弁箱を用い、前記封止材に弁体を挿入することによって作動ガスの流通を遮断する仕切弁である。
【選択図】図1
Description
本実施形態では、本発明での封止材について説明する。
本発明の封止材原料には、液体成分として、金属ガリウムを主成分とする低融点、かつ、高沸点の金属材料を用いる。金属ガリウムの融点は29℃であり、沸点は2000℃以上であるので、高温炉の炉温を融点以上に維持することにより、作動ガス温度が常温から900℃の範囲で封止材は液相を維持できる。900℃における金属ガリウムの蒸気圧は、0.1Pa程度以下と極めて低いので、封止材の蒸発によって生じ得る数々の不具合、例えば、弁の下流側設備内での封止材の凝固による付着物発生を回避することができる。
前記液体成分と前記粒子成分とを、粒子成分の混合物中での体積比率が所定値となるように配合し、この配合物を二軸混練機等の市販の混練機等を用いて、粒子成分が液体成分中にほぼ均一に分散した状態の混合物を製造する。
次に、第1の混合物と第2の混合物とを所定量配合して、市販の回転撹拌型のミキサ等を用いて、第1の混合物と第2の混合物とが完全に混和して一様化しない状態より前まで混合を行って、封止材を得る。
液体成分の融点である常温付近から900℃程度の温度範囲で、このようにして得られた封止材は、弁体等の封止における必須性能である、自重で大変形し得る低粘度を有し、かつ、封止材内での対流を防止することができ、高温炉内用の封止材として好適である。
本実施形態では、第1発明の封止材を用いた、封止機構及び仕切弁について説明する。
弁の開放状態に関して図2を、弁の閉止状態に関して図3を用いて説明する。
本実施形態は、常温から900℃の高温までの温度範囲で封止材5を底部に貯留する弁箱1と、前記弁箱に、前記封止材の表面より上方において接続されたガス流出管4と、弁箱内において前記封止材5の表面より上方の位置で上方又は側方に向けた開口を備える前記弁箱1に接続されたガス流入管3と、仕切弁の閉止状態において、前記封止材5を用いて前記ガス流入管と前記ガス流出管との間でのガスの流通を阻害するように、前記封止材5に少なくとも弁体2の一部が埋没する位置である弁体下降位置に配置されると共に、仕切弁の開閉動作中の状態において前記ガス流入管3の弁箱内での開口部の上端よりも上方に弁体2の全てが存在する位置である弁体上昇位置に配置される弁体2と、前記弁体2の配置を、前記弁体下降位置と前記弁体上昇位置の間で変更する弁体昇降装置8と、を備えることを特徴とする高温炉内用ガス仕切弁を示している。
弁箱1は、高温炉内に設置される。弁箱は、底部に弁箱1の高さは、例えば、100mm以上4m以下とすることができる。封止材5の層厚は、例えば、10mm以上1m以下とすることができる。ガス流入管3及びガス流出管4の弁箱内での開口径は、例えば、10mm以上300mm以下とすることができる。ここで、弁箱1は底部に封止材を貯留し、かつ、弁体2の存在する空間に対して閉鎖されていないので、上方に開放された箱型容器に対応する。
弁体昇降装置8を炉外に設置する場合には、昇降運動可能な市販のアクチュエータを使用することができる。例えば、エアシリンダ、油圧シリンダ、ラックアンドピニオン推進装置、ボールねじ推進装置、又は、リニアモータを用いることができる。耐熱性のアクチュエータを弁体昇降装置8に用いて、これを炉内に設置し、装置の小型化を図ってもよい。弁体の昇降位置を調整する方法は、手動で行ってもよいし、別途、距離計又は荷重計、並びに、制御装置を設けて自動制御してもよい。弁体昇降装置のストロークは、例えば、20mm以上2m以下とすることができる。
炉内に配置される装置は、常温から900℃程度の高温までの環境において、所要の強度、剛性、耐久性を有したものであればどのようなものでも使用することができる。例えば、変形する部品であるベローズ14には、耐熱ステンレス鋼、又は、インコネルやハステロイ等の耐熱ニッケル合金等の金属を、これ以外の部品に関しては、前記の材料に加えて、黒鉛、カーボンコンポジット、アルミナ、カルシア、マグネシア、炭化ケイ素、又は、窒化ケイ素等を用いることができる。尚、黒鉛等、耐酸化性の低い材料を用いる場合には、炉内を非酸化性雰囲気、例えば、窒素雰囲気に維持することで、これらの材質を適用することができる。
第1の実施形態で製造する封止材を用いることができる。
第2の実施形態での装置を使用し、封止材に第1の実施形態で製造する封止材を適用した上で、この封止材の上に、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素のうち、1種又は2種以上の組み合わせを主体とした粒体を封止材である金属ガリウムの上に積載する。この積載物には、金属ガリウムの酸化抑制及び保温による箱型容器の破損防止効果がある。即ち、封止材に金属ガリウムを用いる場合、酸化性の作動ガスに対しては、液体ガリウムが表面から酸化して酸化ガリウムの硬い表層し、弁の開閉動作を阻害し得ると共に、金属ガリウムの損耗を生じる問題がある。また、金属ガリウムは凝固する際に膨張するため、弁の不使用時に弁を周囲から均一に冷却すると、金属ガリウム表面から凝固を生じ、内部に閉じ込められた液体が後に凝固する際、強い圧力を発生して容器を破壊する可能性があるからである。
なお、本発明で用いる作動ガスは、これまで説明してきたウェットCOGに限るものではなく、ガス成分による弁座や弁体の汚染や腐食が問題になり、かつ、高温を維持し続けなければならない全てのガス種、例えば、亜鉛蒸気や、重油蒸気を含有した石油ガス等に対して、適用可能である。
また、発明で開示した封止材の適用は、仕切弁に限定されるものではなく、流量調整弁、高温炉壁継ぎ目及び炉壁開口部周囲のシーリング、動作頻度の比較的少ない回転体・摺動体の軸部での封止等に適用可能である。
2 ・・・弁体
3 ・・・ガス流入管
4 ・・・ガス流出管
5 ・・・封止材
8 ・・・弁体昇降装置
9 ・・・下流側主管路
14 ・・・ベローズ
16 ・・・炉壁
18 ・・・蓋(ストッパ)
19 ・・・流入管側の空間
20 ・・・流出管側の空間
21 ・・・箱型容器
22 ・・・弁体の上昇位置
23 ・・・弁体の下降位置
24 ・・・弁体上昇位置時の封止材表面
25 ・・・弁体下降位置時の封止材表面
Claims (5)
- 金属ガリウムを主成分とする液体成分と、
酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素のうち、1種又は2種以上の組み合わせを主体とする粒子成分と、
の混合物であり、
前記混合物中の前記粒子成分の体積比率が0体積%を超え、かつ、1体積%以下である第1の混合物と、前記混合物中の前記粒子成分の体積比率が20〜50体積%である第2の混合物とが、交互に層をなすことを特徴とする、高温炉内用封止材。 - 液体成分と粒子成分の混合物であって、
前記混合物の液体成分が、金属ガリウムを主成分とする液体成分であり、かつ、前記混合物の粒子成分が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素のうち、1種又は2種以上の組み合わせを主体とすると共に、
前記混合物の粒子成分の体積比率が、20〜50体積%である混合物が層をなすことを特徴とする、高温炉内用封止材。 - 請求項1又は2に記載の封止材を収めた上方に開放された箱型容器にしきり板を抜き差しすることによって、封止を行うことを特徴とする、高温炉内用封止機構。
- 上方に開放された箱型容器に収めた請求項1又は2に記載の封止材の上に、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、窒化珪素、炭化珪素のうち、1種又は2種以上の組み合わせを主体とする粒子層を積載すると共に、前記粒子層にしきり板を貫通させて抜き差しすることによって、封止を行うことを特徴とする、高温炉内用封止機構。
- 請求項3又は4に記載の封止機構を少なくとも有することを特徴とする、高温炉内用仕切弁。
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