JP2012531517A - 高炉充填設備用の封止弁装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、高炉充填設備用の上部または下部弁装置に関する。この装置は、弁座（１２）に封止当接する閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間で遮蔽体（１０）を動かす遮蔽体駆動装置（２０、１２０、２２０、３２０、４２０）を備える。遮蔽体駆動装置は複式動作型であり、より具体的には実質的に平行な軸線（２９、３９）周りの２つの回動の重畳を遮蔽体に与えるよう構成された型である。それは、第１の軸線（２９）を規定する第１の傾斜軸（２４）上に主傾斜動用アーム（２２）を有しており、主傾斜動用アーム（２２）を支持する軸受（２６）を装備している。遮蔽体（１０）を担持する副傾斜動用アーム（３２）は、実質的に平行な第２の軸線（３９）を規定する第２の傾斜軸（３４）に接続されており、副傾斜動用アーム（３２）を主傾斜動用アーム（２２）上に支持する軸受を有する。遮蔽体駆動装置は、主傾斜動用アーム（２２）を傾斜させたときに副傾斜動用アーム（３２）を傾斜させる構成とした機構（１００、２００、３００、４００）を有する。本発明によれば、第１の傾斜軸（２４）は中空スリーブ軸として構成してあり、遮蔽体駆動装置（２０、１２０、２２０、３２０、４２０）は第１の傾斜軸（２４）を挿通する基準ロッド（４２）を備える。この基準ロッドは静止構造体に接続する先端部分と、機構（１００、２００、３００、４００）の被駆動側用の運動学的基準フレームを形成する基準部材（４８、２４８、３５４、４５４）を有する基端部分とを有する。

Description

本発明は、高炉充填設備用の封止弁装置に概ね関し、より詳しくは溶鉱炉充填設備内の炉頂ガス損失を防止する上部または下部封止弁装置に関する。

ベルレス・トップ（登録商標）型の溶鉱炉充填設備は、過去数十年に亙り業界において広範に使用されている。この種の設備の初期の一例が、例えば米国特許第４，０７１，１６６号明細書に開示されている。この設備は、水門または気密室の方法で１つ以上の中間充填材料貯蔵ホッパーを作動させることで高炉からの溶鉱炉頂ガスの漏出を最小化している。この作用を得るため、各ホッパーはホッパーの流入口と流出口とをそれぞれ密封封止する上部封止弁と下部封止弁とを有する。ホッパーの充填期間中、上部封止弁は開弁しており、一方下部封止弁は閉弁している。ホッパーから高炉内に材料を充填するとき、下部封止弁が開弁し、一方で上部封止弁は閉弁する。米国特許第４，０７１，１６６号明細書は、遮蔽体を単一軸線周りに傾斜可能としたフラップ型弁を有する一般的に使用されている封止弁装置を開示している。この軸の軸線は、ほぼ弁座平面上に配置される。遮蔽体は開弁位置において材料流路から完全に外さねばならないため、米国特許第４，０７１，１６６号明細書に記載の装置は、下部封止弁筺体内部と各中間貯蔵ホッパー内との両方で垂直方向に相当の空間を必要とする（例えば、該特許の図１参照）。換言すれば、弁装置は封止弁筺体内部に特定の自由高さを必要とし、ホッパーの最大充填高さを制限する。

「失われる」垂直方向の構成空間を低減すべく、改善された「複式動作」遮蔽体駆動装置が提案されてきた。米国特許第４，５１４，１２９号明細書は、この種の複式動作遮蔽体駆動装置を提案するものである。この装置は、弁を第１の軸線周りに傾斜させ、第１の軸線に垂直な第２の軸線周りにその装着アームと共に遮蔽体を別個に枢動させるように構成されている。この複式動作遮蔽体駆動装置により、遮蔽体を弁座の側方でかつ一部上方に位置するより高所の待機位置内に移動させられるようになる。それにより、米国第４，５１４，１２９号明細書に記載の弁装置は、所要の構造上の高さを相当に低減する。米国特許第４，７５５，０９５号明細書は、上部封止弁装置内の同様の遮蔽体駆動装置、すなわちホッパーの流入口を封止する装置を開示するものである。しかしながら、これらのタイプの遮蔽体駆動装置は、フラップ型の弁と比べたときにそれらが追加の第２のアクチュエータを必要とする問題点がある。

追加のアクチュエータを用いることなく、所要の構造上の高さを低減すべく、欧州特許出願公開第２０００５４７号明細書は充填設備用の代替的な下部弁装置を開示している。この装置はまた、弁座と封止当接状態にある閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間に遮蔽体を動かす複式動作遮蔽体駆動装置を有する。しかしながら、この駆動装置は平行な２本のオフセット軸線周りの２つの回動の重畳を遮蔽体になすように構成されている。このため、駆動装置は副傾斜動用アームを回動可能に支持する主傾斜動用アームを有する。主傾斜動用アームはＬ−Ｕ複合形状を有しており、第１の軸線を規定し、かつ弁筺体上に主傾斜動用アームを回動可能に支持する２本の第１の傾斜軸の内の一方に弁座両側で接続される。副傾斜動用アームは、遮蔽体を担持しており、概ねＵ形状をなし、平行な第２の軸線を規定し、かつ主傾斜動用アーム上に副傾斜動用アームを回動可能に支持する２本の第２の傾斜軸の内の一方に弁座両側で接続される。単一のアクチュエータにより２つの平行な回動を遮蔽体に対し重畳させるべく、欧州特許出願公開第２０００５４７号明細書に記載の装置はさらに主傾斜動用アームが第１の軸線周りに傾斜した際に副傾斜動用アームを第２の軸線周りに傾斜させる構成の機構を装備している。このため、Ｕ形状副アームの短い方の各側はさらに２本の連接棒の一方に回動可能に接続され、これらの棒は更に静止弁筺体に回動可能に接続される。各側において、第１の傾斜軸、第２の傾斜軸、および、それぞれの連接棒形状の２つの回動接続が、リンクとしての両アームおよび連接棒に組み合わされ、単一のアクチュエータにより遮蔽体に主回動と被重畳副回動とを授ける構成の４本バーリンク機構を形成している。
単一のアクチュエータにより複式動作を可能にしたものの、欧州特許出願公開第２０００５４７号明細書による装置は、ミスアライメントへの陥りやすさ、ならびに、例えば修理または交換のための煩わしい取付けおよび取外し処置においてなお問題がある。事実、弁座各側の回動軸線の２つのグループ間と各グループの軸線間のミスアライメントは、例えば弁筺体の非対称的な熱膨張に起因し、あるいは不適切な機械加工に起因して発生することがある。この種のミスアライメントは、早期の摩耗、遮蔽体と弁座との間の不十分な接触、さらに遮蔽体駆動装置の完全な妨害やジャミングも起しうる。

米国特許第４，０７１，１６６号明細書 米国特許第４，５１４，１２９号明細書 米国特許第４，７５５，０９５号明細書 欧州特許出願公開第２０００５４７号明細書

上記に鑑み、本発明の第１の目的は、ジャミングしにくく、取付けおよび取外しにかかる時間を少なくできる複式動作遮蔽体駆動装置を用いた封止弁装置を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載の装置により達成される。

本発明は、高炉、特に溶鉱炉の充填設備用の下部または上部の封止弁装置に関する。この装置は、弁座と協働する遮蔽体と、弁座に封止当接する閉弁位置と弁座から離間する開弁位置との間に遮蔽体を動かす複式動作遮蔽体駆動装置とを備える。

この遮蔽体駆動装置は、実質的に平行でオフセットした軸線、すなわち垂直よりは平行に近い相対的な向きを有するオフセット軸線周りの２つの回動の重畳を遮蔽体に与える構成である。このため、本装置は、
第１の傾斜軸に支持された主傾斜動用アームであり、この主傾斜動用アームを静止構造体、通常は下部封止弁筺体あるいは中間貯蔵ホッパーの外殻上のいずれかに、不動の第１の軸線周りに回動可能な仕方で回動可能に支持する軸受を装備する、主傾斜動用アームと、
遮蔽体を担持しかつ第２の傾斜軸上に支持された副傾斜動用アームであり、この副傾斜動用アームを主傾斜動用アーム上に第２の軸線周りに回動可能な仕方で回動可能に支持する軸受を装備しており、この第２の軸線が、第１の軸線に実質的に平行であり、副傾斜動用アームと共に移動する、副傾斜動用アームと、
主傾斜動用アームが第１の軸線周りに回動するのと同時に、第２の軸線周りの回動を第２の傾斜アームに付与する構成とした機構とを備える。

前述の第１の目的を達成すべく、提案された発明は、第１の傾斜軸は中空スリーブ軸として構成され、遮蔽体駆動装置は第１の傾斜軸に挿通され、好ましくはこれに同軸的に支持された基準ロッドを備えることを特徴とするものである。この基準ロッドは、静止構造体に接続する先端部分と、基準部材を有する基端部分とを有する。ロッド自体の基端部分は基準部材を形成することができ、または、同等に、ロッド自体の基端部分はその上に装着される専用基準部材を持つことができる。基端部分における基準部材は、主傾斜動用アームが回動する間に副傾斜動用アームに対し第２の軸線周りの回動を付与する機構に対する静止運動学的基準フレームとして機能する。従って、この機構は基準部材との係合状態にある被駆動側を有する。

中空の第１の傾斜軸と基準ロッドとの同軸構成のお陰で、固定構造、例えば下部の封止弁筺体あるいはホッパー外殻内に、ただ１つの開口を精密に機械加工するだけでよい。さらに、遮蔽体駆動装置を支持する構造体の熱誘起変形はもはやジャミングを引き起こすことはあり得ない。何故なら、全ての軸線が支持構造とは無関係に装置自体により平行でかつ適切な距離に保たれるからである。さらに、遮蔽体駆動装置は、取付けならびに保守期間中に単一ユニットとして取り扱うことができる。

経費と空間を節約する実施形態では、主および副傾斜動用アームは共に片持ち梁アームである。主および副傾斜動用アームは、かくして一端部だけで支持され、副アームは第２の傾斜軸により支持され、主傾斜動用アームは第１の傾斜軸により支持される。機械的に安定で信頼のできる構成にあっては、基準ロッドは好ましくは２個の軸方向に離間する軸受により中空の第１の傾斜軸内部に同軸的に支持した棒状(cylindrical)の軸とする。

副傾斜動用アームに回動を付与する機構の好適な実施形態では、この機構は第２の傾斜軸に係合して副傾斜動用アームに対し第２の軸線周りの回動を付与する駆動側を有し、副傾斜動用アームは第２の傾斜軸に対して回転的に固定されている。好ましくは、この機構は主アーム上に支持されたケーシング内に封入される。本実施形態では、第２の傾斜軸は主傾斜動用アームあるいはケーシング内の孔を挿通するよう配置される。この孔には、ケーシング内部を外部に対し封止するシールが装備される。このような構成は、通常苛酷な雰囲気にさらされる回動機構を確実に保護する。

機構の単純でかつ信頼のできる実施形態では、第２の傾斜軸はクランク軸として構成され、機構はクランク軸の一端に接続されて副傾斜動用アームに回動を付与する連接棒を備える。他端部では、連接棒は例えば静止基準部材上の偏心枢軸に係合してもよい。それは、基準部材内のカム溝に案内されるカム従動ピンを有してもよい。カム溝は、好ましくは閉弁位置から開弁位置までの期間の初期段階にカム従動ピンと第１の軸線との間の距離が増大するような輪郭を有する。後者の実施形態は、開弁時の初期動作段階と閉弁時の最終段階との期間中に遮蔽体を弁座からほぼ軸方向に離床させることができる。本実施形態では、機構は好ましくはカム従動ピンを基準カム溝内に係合した状態に保ち、連接棒の第２の端部を案内して主傾斜動用アームに対するカム従動ピンの動きを直線運動に制限する直線ガイドを有する。

別の選択肢として、リンク機構型設計ではなく、機構はホイール型駆動部に基づいていてもよい。従って、この機構には第２の傾斜軸上に第２の軸線に同軸的に固定された被駆動ホイールと、基準部材上に第１の軸線に同軸的に固定された駆動ホイールとを持たせることができる。この機構は、ホイール歯車駆動部あるいはベルト／チェーン駆動部として構成することができる。

理解されるように、提案された装置によりアクチュエータを１つだけ用いて弁を動作させることができる。後者は、好ましくは、第１の軸線周りの回動を主傾斜動用アームに付与する第１の傾斜軸に接続することができる。

主傾斜動用アームは、２枚の離間する細長い平行板を有するフォーク形状とすることができ、それぞれが第２の傾斜軸の２個の軸方向に離間する軸受の一方を支持し、機構は２枚の平行板の間に配置される。副傾斜動用アームは第２の傾斜軸に対し回動不能な仕方で固定した第１の端部と、遮蔽体を副傾斜動用アームに装着するグローブ継手を装備した第２の端部とを有するＬ字形とすることができる。

理解されるように、提案された弁装置は、特に溶鉱炉のベルレス・トップ（登録商標）型充填設備下流の下部封止弁として使用することができる。しかしながら、その設計はこの種の設備の中間貯蔵ホッパーの流入口の上部封止弁としても適用可能である。

本特許出願は、本願明細書に添付した特許請求の範囲に規定する発明として前述の第１の目的を達成する解決策の保護を請求するものである。本特許出願が例えば分割および／または継続出願における特許請求の範囲の主題として独立して特許請求の範囲に記載しうる他の発明の定義のための裏付けを含むものであることを、当業者は容易に理解する。この種の主題は、先に触れた第１の目的以外の目的を達成する新規で進歩性のある解決策をもたらす本願明細書に開示された特徴の任意の組合せにより規定することができる。

本発明のさらなる詳細および利点は、添付図面を参照して幾つかの非限定的実施形態の下記の詳細な説明から明白となる。
図面全体を通じ、同一の符号は同一のあるいは類似の部品を特定するのに用いられる。

封止弁装置の第１の実施形態を示す一部断面斜視図である。 図１に示した複式動作遮蔽体駆動装置をより詳しく示す一部拡大斜視図である。 図１および図２の複式動作遮蔽体駆動装置により生成される遮蔽体部材の外側部分の軌跡を示す垂直断面図である。 代替的な複式動作遮蔽体駆動装置を装備する封止弁装置の第２の実施形態を示す一部断面かつ一部分解の拡大斜視図である。 複式動作遮蔽体駆動装置のさらなる変形例を用いた封止弁装置の第３の実施形態を示す一部断面斜視図である。 複式動作遮蔽体駆動装置のさらに別の変形例を用いた封止弁装置の第４の実施形態を示す一部断面斜視図である。

図１〜図３は、高炉充填設備、特に溶鉱炉充填設備用の封止弁装置の第１の実施形態を示すものである。この装置は、気密閉鎖用の円錐弁座１２と協働する円盤状遮蔽体１０（閉止部材）を有する。本実施形態では、弁座１２は筒状チャネルの下端に配置されており、このチャネルは通常は材料ゲート弁を介して中間貯蔵ホッパー（図示せず）の下部流出口に連通している。従って、図１〜図３中、弁座１２および遮蔽体１０は漏斗形状下部封止弁筺体１４内に配置され、この筺体１４の流出口は材料を充填材料分配装置へ給送する。当然のことながら、ここに提案する装置は、中間貯蔵ホッパー（図示せず）の流入口を封止する上部封止弁装置としても使用することができる。図１〜図３は、遮蔽体１０が弁座１２と封止当接状態にある閉弁位置を示す。図３の左手側の点線で示す開弁位置において、遮蔽体１０は筒状チャネルとケーシング１４との間の側方待機空間、すなわち弁座１２の側方の、かつ一部上方に配置されている。

図１〜図３の閉弁位置から弁座１２から離間する開弁位置まで遮蔽体１０を動かし、あるいはその逆を行なうべく、装置は複式動作遮蔽体駆動装置２０を具備する。遮蔽体駆動装置２０は、第１の傾斜軸２４に固定されるフォーク形状の主傾斜動用アーム２２を備える。第１の傾斜軸２４は、外側の軸方向に離間する一対のころ軸受２６により筺体１４に取り付けられた中空の筒状支持体２８内部に回動可能に支持される。従って、第１の傾斜軸２４は第１の傾斜動用軸線２９を規定し、主傾斜動用アーム２２を、図１〜図３の場合、下部封止弁筺体１４であるところの静止構造体上に回動可能に支持する。第１の傾斜動用軸線２９は、弁座１２の平面に本質的に平行である。遮蔽体駆動装置２０はさらに、第２の傾斜軸３４に回動不能な仕方で第１の端部に固定されたＬ字形の副傾斜動用アーム３２を備える。第２の傾斜軸３４は一対の軸方向に離間する一対のころ軸受もしくは滑り軸受３６により回動可能に支持され、これら軸受３６は平行離間させて堅固に相互接続したフォーク形状の主傾斜動用アーム２２の横長のプレートあるいはフランジ内の同軸孔内に装着される。従って、第２の傾斜軸３４は主傾斜動用アーム２２上に副傾斜動用アーム３２を回動可能に支持し、第２の傾斜動用軸線３９を規定する。筺体１４（あるいはホッパー）には第１の傾斜動用軸線２９が固定されているが、第２の傾斜動用軸線３９は副傾斜動用アーム３２と共に移動する。しかしながら、両傾斜動用軸線２９、３９が実質的に平行でかつ一定距離だけオフセットした状態に保たれることが理解されよう。従って、第２の傾斜動用軸線３９は弁座１２の平面に対しても実質的に平行となる。当然のことながら、傾斜動用軸線２９、３９は、技術的に平行であることが好ましいが、必ずしも厳密に平行である必要はなく、傾斜動用軸線２９、３９の間の数度の小さな角度、例えば最大で１０°の若干の意図しないあるいは意図した構造的な偏差が可能である。

図１から最もよく分かるように、副傾斜動用アーム３２は遮蔽体１０を担持している。好ましくは、副傾斜動用アーム３２には第２の端部にグローブ継手３８が装備してあり、この継手３８を介して遮蔽体１０の中心が副傾斜動用アーム３２に装着される。グローブ継手３８の使用は、第１の傾斜動用軸線２９および第２の傾斜動用軸線３９および／または弁座１２の平面の間の軽微なミスアライメントの場合に、弁座１２に対する遮蔽体１０の封止係合を保証する。遮蔽体１０は、その中心軸がＬ字形の副傾斜動用アーム３２の上方延出部分に概ね平行となるよう装着される。

当然のことながら、両傾斜アーム２２、３２は片持ち梁型アームとして構成されている。より具体的には、主傾斜動用アーム２２は第１の傾斜軸２４によりその端部の一方だけで支持され、副傾斜動用アーム３２は第２の傾斜軸３４によりその端部の一方だけで支持される。二側支持とは対照的に、遮蔽体１０の片持ち梁支持は複式動作遮蔽体駆動装置２０のジャミングという危険性を相当に低減する。さらに、取付けおよび交換が容易になる。何故なら、装置２０は１個のユニットとして取り扱うことができ、弁座１２に対向する追加の空間が得られ、かつ静止支持体構造の機械加工が最小限にされるからである。

図１および図２から分かるように、第１の傾斜軸２４は駆動レバー４０が装備された弁座１２から遠位にある端部を有しており、このレバー４０には装置のただ１つのアクチュエータ（図示せず）、例えば直動油圧シリンダが接続されて第１の傾斜軸２４を駆動し、主傾斜動用アーム２２を傾斜させる。主傾斜動用アーム２２に対し副傾斜動用アーム３２を同時に傾斜させるべく、装置２０には、第２の軸線３９周りに副傾斜動用アーム３２を回転駆動し、同時に主傾斜動用アーム２２を駆動して第１の軸線２９周りに回転駆動させる、すなわち第２の追加のアクチュエータを用いない適切な機構が装備させてある。この種の機構の幾つかの好適な例を、図２および図３、図４、図５ならびに図６をそれぞれ参照して以下でさらに詳述する。

図１および図２を考察するに、第１の傾斜軸２４は中空のスリーブ軸（クイールシャフトとも呼ぶ）として構成されている。図１および図２からさらに明らかなように、遮蔽体駆動装置２０は、棒状(cylindrical)基準ロッド４２、例えば第１の傾斜軸２４内部の筒状空間を挿通する棒状の軸を備える。基準ロッド４２は、遮蔽体１０から遠い方に突出する先端部分４４を有する。この先端部分４４により、基準ロッド４２を静止構造体に接続することができる。このため、例えば図１〜図３に示す例示実施形態において任意の適切なリンクを用いることができ、接続プレートあるいはブラケットが先端部分４４を中空の筒状支持体２８に接続し、それによって静止した下部封止弁筺体１４に接続する。基準ロッド４２と静止構造体、例えば筺体１４との間の接続は、若干の軸方向および径方向の相対運動を可能にするよう、例えば減衰目的および／または限界停止スイッチ（図示せず）起動用に堅固もしくは可撓性のいずれかとすることができる。例えば、基準ロッド４２および静止構造体は、任意の適切なタイプの当接拘束された軸方向および回動方向のばね接続により接続してもよい。しかしながら、いずれにせよ、この接続は基準ロッド４２と静止構造体、例えば筺体１４との間の軽微かつ制限された相対運動のみを許容するように構成されている。基準ロッド４２はさらに基端部分４６を有しており、これが遮蔽体１０の側に中空の第１の傾斜軸２４を越えて突出している。基準部材４８は、基準ロッド４２のこの基端部分４６に堅固に固定されている。基準部材４８は任意の適切な形状を有してもよく、通常は基準ロッド４２を上回る横断寸法を有する。当然のことながら、基準部材４８は、基準ロッド４２を介して静止構造体に接続されており、傾斜アーム２２、３２のいずれとも連動して回動しない。図２から最も良く分かるように、棒状基準ロッド４２は好ましくは一対の補助軸受５０によりスリーブ型の第１の傾斜軸２４内部の軸線２９に対し同軸に保たれる。軸受５０は軸方向に離間しており、滑り軸受あるいはころ軸受とすることができる。以下でさらに明らかになるように、たとえ固定構造体に対する若干制約された軸方向ならびに回動方向の変位を可能にするにせよ、基準部材４８はかくして追加のアクチュエータを用いることなく第２の傾斜動用軸線３９周りに副傾斜動用アーム３２を傾斜させるのに用いられる機構の被駆動側に対し「固定された」基準フレームを（運動学的意味において）もたらす。中空の第１の傾斜軸２４を挿通する基準ロッド４２の構成が、第１の傾斜動用軸線２９に対する基準部材４８すなわち運動学的フレームの適切な位置決めを保証し、遮蔽体駆動装置の単一ユニットとしての交換を容易にする。

主傾斜動用アーム２２に付与される回動を利用して副傾斜動用アーム３２を同時に傾斜させる機構１００の第１の変形例を、ここで図２および図３を参照して詳述することにする。図２から最も良く分かるように、第２の傾斜軸３４はクランク軸（曲折軸）として構成されている。機構１００は、連接棒１０２を備える。連接棒１０２の第１の端部はブッシュを有しており、これが第１の回動継手１０４（図３参照）、例えばころ軸受あるいは滑り軸受により連接棒１０２を第２の傾斜軸３４のクランク部に回動可能に接続している。反対側の第２の端部において、連接棒１０２は別のブッシュを有しており、これが第２の回動継手１０６により連接棒を基準枢支ピン１０８に回動可能に接続している。基準枢支ピン１０８は、基準部材４８に対し堅固に固定され、第１の傾斜動用軸線２９下部にオフセットされ、例えば図３に示されているように軸の下側に垂直に偏心的に配置されている。従って、機構１００は基準部材４８（運動学的フレームとして）上の枢支ピン１０８に係合する被駆動側と、第２の傾斜軸３４のクランク部に係合する駆動側とを有する。

遮蔽体駆動装置２０の動作を、ここで図３を参照して簡潔に説明する。閉弁位置（図３の実線）から開弁位置（図３の点線）へ遮蔽体１０を移動させるべく、主傾斜動用アーム２２は第１の傾斜動用軸線２９周り（すなわち、図３では時計回り）に矢印１１３に従って傾斜する。開弁動作の第１の初期段階の期間中、機構１００は矢印１１５に従い逆向き（すなわち、図３では反時計回り）に第２の傾斜動用軸線３９周りに副傾斜動用アーム３２を同時傾斜させる。これは、連接棒１０２が第２の傾斜動用軸線３９と偏心基準枢支ピン１０８の中心軸線との間の距離の減少が原因で第２のクランク傾斜軸３４に対し反作用トルクを作用させるからである。換言すれば、機構１００は先ず第１の傾斜動用軸線２９周りの主回動とは逆の方向に第２の傾斜動用軸線３９周りの副回動を遮蔽体１０に付与する。しかしながら、開弁動作の第２の最終段階の期間中、機構１００は主傾斜動用アーム２２に対し付与される回動と同じ向き（すなわち、図３の時計回り方向）に第２の傾斜動用軸線３９周りに副傾斜動用アーム３２を傾斜させる。第２の傾斜動用軸線３９が基準枢支ピン１０８（あるいは第２の継手１０６）の軸線を通る垂直面を通過する際に、２つの段階間の遷移が行なわれ、ここで両軸線間の距離は最小となる。一旦第２の傾斜動用軸線３９が基準枢支ピン１０８の軸線の下のこの平面を通ると、これらの軸線間距離は再度増大し始め、連接棒１０２が第２の段階においてクランク傾斜動用軸線３４上に並流(co-current)トルクを作用させるようになる。当然のことながら、閉弁位置から開弁位置へ復帰動作が行われる。

図３はさらに、遮蔽体１０の３点の軌跡（移動経路）１１７、１１９、１２１を示すものである。軌跡１１７の終端は、開弁位置において遮蔽体１０の最高部分が位置する箇所をほぼ示している。図３から分かるように、軌跡１１７の曲率半径は開弁位置に向け増大する。図３から分かるように、軌跡１１９、１２１の曲率は開弁位置に向け減少する。軌跡１２１の終端は、開弁位置において遮蔽体１０の最下点が位置する箇所を示している。図３から分かるように、提案された複式動作遮蔽体駆動装置２０は、弁座１２のそばを近接通過させて２つの重畳回動をもって遮蔽体１０を動かし、遮蔽体１０（図３に点線で図示）が弁座１２を通過する流路から完全に外される一方で、弁座１２に近接し一部上方に位置している。

傾斜動用軸線２９、３９の位置と、その対応する回動半径と、機構１００とは、所要の動作空間を最小化するように構成されている。理解されるように、連接棒１０２とクランク構造の第２の傾斜軸３４のレバーアームの有効長は、軸線３９周りの副回動が軸線２９周りの主回動よりも低速となるよう選択される。特に、連接棒１０２の有効長、すなわちその回動継手１０４、１０６の軸線間距離は、傾斜動用軸線２９、３９間の一定の距離よりも短い。弁座１２からの遮蔽体１０の初期垂直動作を得るべく、遮蔽体駆動装置１０は好ましくは傾斜動用軸線２９、３９が規定する平面が図３に示す弁座１２の平面と実質的に平行となるように構成されている。実際は、閉弁位置における両平面間のせいぜい３０°までの傾斜を許容することができる。図３に示す機構の閉弁位置において、回動継手１０４、１０６の軸線が規定する平面は傾斜動用軸線２９、３９が規定する平面に対しても平行であり、第２の傾斜動用軸線３９は遮蔽体１０の中心軸線と共面をなしている。しかしながら、これらは必須の基準ではない。

図４は、複式動作遮蔽体駆動装置２２０のもう１つの実施形態を示すものであり、主としてこれは、基準ロッド４２、すなわち基準部材２４８が支持する運動学的フレームの構成と、副回動を副傾斜動用アーム３２に重畳させるその機構２００の代替構成とにおいて、図１〜図３のものとは異なる。図１〜図３のものと同一の他の構成要素と機能の説明は、繰り返さない。図４の機構２００はまた、ブッシュ付きの連接棒２０２と、その第１の端部にあって第２の傾斜軸３４のクランク部に回動継手２０４を形成する軸受とを備える。しかしながら、その対向端において、連接棒２０２には基準部材２４８内に機械加工された基準カム溝２０８内を案内されるカム従動ピン２０６が配設してある。図１〜図３の実施形態のものと類似（必ずしも同一とは限らない）の開弁動作を得るべく、カム溝２０８は閉弁位置から開弁位置への初期動作段階の期間中にカム従動ピン２０６と固定の第１の傾斜軸２９との間の距離を増大させる輪郭を有する。従って、少なくとも初期動作段階の期間中、連接棒２０２はクランク状の第２の傾斜軸３４に対し反作用トルクを作用させ、第１の傾斜動用軸線２９周りの主回動とは逆の副回動を遮蔽体１０に対し重畳させることになる。図４には示していないが、カム溝２０８は鏡面対称輪郭に沿って連続しており、カム従動ピン２０６と静止した第１の傾斜動用軸線２９との間の距離を減らして第２の段階の期間中に並流的傾斜が得られるようにできる。図４からさらに分かるように、機構２００はさらに主傾斜動用アーム２２上に配置した直線ガイド２１０を備える。直線ガイド２１０は、カム従動ピン２０６を基準カム溝２０８内に係合状態に保ち、連接棒２０２の第２の端部を可動案内し、主傾斜動用アーム２２に対しその長手方向軸に沿うカム従動ピン２０８の直線運動だけを可能にするように構成されている。このため、連接棒２０２は例えば、適切な直線摺動継手２１６（一部のみ図示）に取り付けたブッシュ２１４（一部のみ図示）内に係合させた案内ピン２１２を備える。ブッシュ２１４は、カム従動ピン２０６をカム溝２０８との係合状態に保持する当接体としても機能する。先の実施形態と同一もしくは類似の遮蔽体動作を可能にする一方で、機構２００のカム溝２０８は遮蔽体１０の所望形状の軌跡の取得に追加の柔軟性をもたらす。

当然のことながら、図１〜図３および図４を参照して説明した機構１００、２００は例えば１°〜１５°の角度で配置したわずかに平行でない軸線２９、３９を用いる装置用に容易に適合させることができる。この種の構成は、例えば遮蔽体１０の待機位置に関する構造的な制約がある場合に有用とすることができる。後者の場合、グローブ型すなわち自在継手を例えば純粋な第１の回動継手１０４、２０４に代えて、あるいは第２の回動継手１０６に代えて用いる。

図５および図６は、それぞれ複式動作遮蔽体駆動装置３２０、４２０のさらなる２つの実施形態を示すものであり、その態様は、上記のものと同じであり、繰り返し述べない。両装置３２０、４２０は、副回動を副傾斜動用アーム３２に付与するその機構３００、４００の構成において主に先の実施形態とは異なるものである。両遮蔽体駆動装置３２０、４２０において、第２の傾斜軸３３４、４３４は、個々の被駆動ホイール３５２、４５２が第２の傾斜動用軸線３９に対し回動不能かつ同軸的に固定される単純な連続軸（非クランク軸）である。さらに、遮蔽体駆動装置３２０、４２０は共に回動不能な仕方で固定され、基準ロッド４２上の第１の傾斜動用軸線２９と同軸のそれぞれの「駆動」ホイール３５４、４５４を備える。従って、駆動ホイール３５４、４５４は静止構造体、例えば下部封止弁筺体１４に接続され、基準ロッド４２の基端前面（図示せず）が機構３００、４００による運動学的基準フレームとして用いられる基準部材を形成している。

図５の遮蔽体駆動装置３２０において、副傾斜動用アーム３２に回動を付与する機構３００はホイール歯車駆動部として構成されている。従って、被駆動ホイール３５２と駆動ホイール３５４はホイール歯車とする。それは、主傾斜動用アーム２２により、例えば図５に見られる軸および軸受機構により回動可能に支持される中間ホイール歯車３５６で構成される。中間ホイール歯車３５６は、被駆動ホイール歯車３５２と駆動ホイール歯車３５４とに係合、すなわち噛合する。従って、主傾斜動用アーム２２が駆動されるときはいつも、機構３００は副傾斜動用アーム３２に反作用トルクを伝達する。

図６の遮蔽体駆動装置４２０において、副傾斜動用アーム３２に回動を付与する機構４００はベルト／チェーン型駆動部として構成されている。歯付きベルトあるいはチェーンのいずれが用いられるのかに応じ、ホイール４５２、４５４はホイール歯車あるいはチェーンホイールとされる。図６から分かるように、機構４００はかくして被駆動ホイール歯車／チェーンホイール４５２と駆動ホイール歯車／チェーンホイール４５４に係合する歯付きベルトあるいはチェーン４５６を備える。従って、主傾斜動用アーム２２を駆動するときはいつも、機構４００は副傾斜動用アーム３２に反作用トルクをまた伝達する。

図１〜図４の実施形態の設計パラメータと同様、図５および図６の実施形態のギヤ比は遮蔽体１０を弁座１２のそばを近接移動させながら弁座１２に対する遮蔽体１０の衝突を回避するよう選択される。図５および図６の両実施形態は、支持構造、すなわち弁筺体１４あるいは中間ホッパー（図示せず）内部に使用する可動部分（継手）の数を低減するという利点を有する。しかしながら、図５および図６の実施形態は、図１〜図３および図４のものとは対照的に開弁動作の第２の段階において遮蔽体１０に対し並流的傾斜を重畳させないことに留意されたい。

上記の４つ全ての実施形態が、片持ち梁型の主アーム２２と副アーム３２とを用いている。さらに、それらは全て第１の傾斜軸２４として中空スリーブ軸を用いており、同軸基準ロッド４２がこの中空スリーブ軸２４を挿通し、遮蔽体１０の側に運動学的基準フレームを提供している。さらなる一般的な態様は、提案された遮蔽体駆動装置２０、２２０、３２０、４２０によりそのそれぞれの機構１００、２００、３００、４００を主傾斜動用アーム２２が支持するケーシング内に封入し、機構構成要素を塵埃堆積や他の悪影響から保護する点に存在する。図２から最も良く分かるように、各遮蔽体駆動装置２０、２２０、３２０、４２０は、フォーク形状主傾斜動用アーム２２の細長い主プレートあるいフランジにより支持される任意の適切な形状のケーシング封体部６０を備える。機構構成要素をさらに保護すべく、各実施形態には主傾斜動用アーム２２（あるいはケーシング封体部６０内）の孔内に第１の封止充填材６２が装備してあり、この孔を遮蔽体１０側を第２の傾斜軸３４、３３４、４３４が挿通している。第１の封止充填材６２は、図２から最も良く分かるように、遮蔽体１０を囲繞する領域に対しケーシング封体部６０の内部を封止し、この孔を介する炉頂ガスの漏洩を妨げる。加えて、第２の封止充填材６４が第１の傾斜軸２４と筒状支持体２８との間に配設され、この通路を介する炉頂ガスの漏洩を回避する。

注目すべきさらなる一般的な特徴は、各機構１００、２００、３００、４００が、第２の傾斜軸３４を駆動させて副回動を副傾斜動用アーム３２に付与するために、第２の傾斜軸３４に係合された駆動側を有することである。この特徴は、中空軸２４と同軸の基準ロッド４２とを組み合わせて、例えば図１〜図６に示したケーシング封体部６０により機構構成要素の収容を可能にする。

図１〜図３
１０ 遮蔽体
１２ 弁座
１４ 下部封止弁筺体
２０ 複式動作遮蔽体駆動装置
２２ 主傾斜動用アーム
２４ 第１の傾斜軸
２６ 軸受
２８ 中空筒状支持体
２９ 第１の傾斜動用軸線
３２ 副傾斜動用アーム
３４ 第２の傾斜軸
３６ 軸受
３８ グローブ継手
３９ 第２の傾斜動用軸線
４０ 駆動レバー
４２ 基準ロッド
４４ 先端部分（４２の）
４６ 基端部分（４２の）
４８ 基準部材（４６上の）
５０ 補助軸受
６０ ケーシング封体部
６２ 第１の封止充填材
６４ 第２の封止充填材
１００ 機構（第１の変形例）
１０２ 連接棒
１０４ 第１の回動継手
１０６ 第２の回動継手
１０８ 基準枢支ピン
１１３、１１５ 回動方向
１１７、１１９、１２１ 軌跡
図４
２００ 機構（第２の変形例）
２０２ 連接棒
２０４ 回動継手
２０６ カム従動ピン
２０８ カム溝
２１０ 直線ガイド
２１２ 案内ピン
２１４ ブッシュ（２１０の）
２１６ 直線継手
２２０ 複式動作遮蔽体駆動装置
２４８ 基準部材
図５、図６
３００ 機構（第３の変形例）
３２０ 複式動作遮蔽体駆動装置
３３４ 第２の傾斜軸
３５２ 被駆動ホイール歯車
３５４ 「駆動」ホイール歯車
３５６ 中間ホイール歯車
４００ 機構（第４の変形例）
４２０ 複式動作遮蔽体駆動装置
４３４ 第２の傾斜軸
４５２ 被駆動ホイール歯車／チェーンホイール
４５４ 「駆動」ホイール歯車／チェーンホイール
４５６ 歯付きベルト／チェーン

Claims (15)

1. 高炉充填設備用の封止弁装置であって、
   弁座と協働する遮蔽体と、
   前記弁座に封止当接する閉弁位置と前記弁座から離間する開弁位置との間で前記遮蔽体を動かす複式動作遮蔽体駆動装置であり、第１の軸線周りの第１の回動と、前記第１の軸線に対し実質的に平行でオフセットした第２の軸線周りの副回動との重畳を前記遮蔽体に授けるように構成される複式動作遮蔽体駆動装置とを具備し、前記複式動作遮蔽体駆動装置が、
   主傾斜動用アームであり、前記第１の軸線を規定する第１の傾斜軸に接続され、かつ前記主傾斜動用アームを静止構造体、特に下部封止弁筺体あるいは中間貯蔵ホッパー上に回動可能に支持する軸受を装備している主傾斜動用アームと、
   副傾斜動用アームであり、前記第２の軸線を規定する第２の傾斜軸に接続され、前記副傾斜動用アームを前記主傾斜動用アーム上に回動可能に支持する軸受を装備しており、前記遮蔽体を担持する副傾斜動用アームと、
   前記主傾斜動用アームが前記第１の軸線周りに回動する際に前記第２の軸線周りの回動を前記副傾斜動用アームに付与するように構成される機構とを具備する
   高炉充填設備用の封止弁装置において、
   前記第１の傾斜軸が中空スリーブ軸として構成され、前記遮蔽体駆動装置が前記第１の傾斜軸を挿通する基準ロッドを備え、前記基準ロッドが静止構造体に接続する先端部分と基準部材を有する基端部分とを有し、前記機構が前記基準部材に係合する被駆動側を有する、ことを特徴とする封止弁装置。
2. 前記副傾斜動用アームが、前記第２の傾斜軸により一端部のみで支持した片持ち梁アームであり、前記主傾斜動用アームが前記第１の傾斜軸により一端部のみで支持した片持ち梁アームである、請求項１に記載の封止弁装置。
3. 前記基準ロッドが、軸方向に離間する軸受により前記第１の傾斜軸内部に同軸的に支持した棒状の軸である、請求項１または２に記載の封止弁装置。
4. 前記機構が、前記第２の傾斜軸を駆動して前記第２の軸線周りの回動を前記副傾斜動用アームに付与するために、前記第２の傾斜軸に係合した駆動側を有し、前記副傾斜動用アームが前記第２の傾斜軸に対し回動不能な仕方で固定される、請求項１〜３のいずれか1項に記載の封止弁装置。
5. 前記遮蔽体駆動装置が、前記主傾斜動用アームにより支持されて前記機構を封入するケーシングを備え、前記第２の傾斜軸が前記主傾斜動用アーム内または前記ケーシング内の孔を挿通しており、前記孔には前記遮蔽体を囲繞する領域に対し前記ケーシングの内部を封止するシールが装備される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の封止弁装置。
6. 前記第２の傾斜軸がクランク軸として構成され、前記機構が第１の端部を有する連接棒を備え、前記第１の端部が、前記第２の軸線周りの回動を前記副傾斜動用アームに付与するために、前記クランク軸に回動可能に接続される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の封止弁装置。
7. 前記連接棒が基準枢支ピンに回動可能に接続した第２の端部を有し、前記枢支ピンが前記第１の軸線に対し偏心的に、特に前記第１の軸線の下側にオフセットさせて、前記基準部材に固定して配置した、請求項６に記載の封止弁装置。
8. 前記連接棒が、前記基準部材内に配設した基準カム溝内を案内されるカム従動ピンを備える第２の端部を有し、前記基準カム溝が前記閉弁位置から前記開弁位置への動きの初期動作段階の期間中に前記カム従動ピンと前記第１の軸線との間の距離を増大させる湾曲輪郭を有する、請求項６に記載の封止弁装置。
9. 前記機構が、前記主傾斜動用アーム上に配置された直線ガイドを備え、前記直線ガイドが前記カム従動ピンを前記基準カム溝内に係合状態に保ち、前記連接棒の前記第２の端部を案内して前記主傾斜動用アームに対する前記カム従動ピンの動きを直線運動に制限する、請求項８に記載の封止弁装置。
10. 前記機構が、前記第２の傾斜軸上の前記第２の軸線に同軸的に固定した被駆動ホイールと、前記基準部材上の前記第１の軸線に対し同軸的に固定した駆動ホイールとを備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の封止弁装置。
11. 前記機構が、
    ホイール歯車駆動部として構成され、前記被駆動ホイールおよび前記駆動ホイールがホイール歯車であり、前記機構が前記主傾斜動用アームにより回動可能に支持されて前記駆動ホイール歯車と前記被駆動ホイール歯車とに係合する中間ホイール歯車を備えるか、あるいは
    ベルト／チェーン駆動部として構成され、前記駆動ホイールと前記被駆動ホイールとに係合するベルトあるいはチェーンを備える、請求項１０に記載の封止弁装置。
12. さらにアクチュエータをただ１つ備え、前記アクチュエータが、前記第１の軸線周りの回動を前記主傾斜動用アームに付与するために、前記第１の傾斜軸に接続される、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の封止弁装置。
13. 前記主傾斜動用アームが２枚の離間する細長い平行板を有するフォーク形状をなし、それぞれが前記第２の傾斜軸の２つの軸方向に離間する軸受の一方を支持し、前記機構を前記２枚の平行板の間に配置してあり、およびまたは
    前記副傾斜動用アームがＬ字形をなし、前記第２の傾斜軸に対し回動不能な仕方で固定した第１の端部と、前記遮蔽体を前記副傾斜動用アームに装着するグローブ継手を装備した第２の端部とを有する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の封止弁装置。
14. 溶鉱炉充填設備用の下部封止弁筺体であって、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の封止弁装置と、
    前記筺体により支持され、前記遮蔽体と協働する弁座と、
    前記第１の軸線が前記弁座の平面上方に配置され、前記遮蔽体が前記弁座に封止当接する前記閉弁位置にあるときに、前記第１および第２の軸線が前記弁座の平面に平行な平面内に位置するよう構成される前記複式動作遮蔽体駆動装置とを備える、下部封止弁筺体。
15. 溶鉱炉充填設備用の中間貯蔵ホッパーであって、
    請求項１〜１３のいずれか１項に記載の封止弁装置と、
    前記遮蔽体と協働し、前記ホッパーにより支持されて上部流入口と連通する弁座とを備え、
    前記複式動作遮蔽体駆動装置が、前記第１の軸線が前記弁座の平面上方に配置され、前記遮蔽体が前記弁座に封止当接する前記閉弁位置にあるときに、前記第１および第２の軸線が前記弁座の平面に平行な平面内に位置するよう構成される、中間貯蔵ホッパー。

Images