JP2015113946A - スラリー排出機能付きボールバルブとそのバルブキャビティからのスラリー排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラリー濃度の高いスラリーを搬送するためのボールバルブにおいて、ボールキャビティ室に堆積したスラリーを外部に円滑に排出させて、操作トルクの上昇を回避することにより弁の操作性を維持し、もって弁駆動を確実に行い得るようにしたボールバルブを提供する。【解決手段】流出入口を連通する流路９を有するボデー３内に貫通孔を有するボール２をステム４を介して回転自在に設け、かつ前記ボデーの内周面と前記ボールの外表面との間隙に形成されたキャビティ部８を有するボールバルブ１ａにおいて、前記ボデーの流路に対して下方側のキャビティ部にボデー外部と連通するスラリー用排出口２３を設け、この排出口の近傍位置に液圧流入口２２ｂを設け、前記キャビティ部の排出口付近に堆積しているスラリーを液圧により粉砕し、かつ攪拌させて前記排出口よりキャビティ部内のスラリーを順次排出させるスラリー排出機能付きボールバルブである。【選択図】図１

Description

本発明は、スラリー排出機能付きボールバルブとそのバルブキャビティからのスラリー排出方法に関し、特に、ニッケル酸化鉱石の湿式製錬プラントにおける最初の工程である鉱石処理工程にて処理された鉱石スラリーを、次工程である浸出工程に搬送する際に用いるスラリー排出機能付きボールバルブとそのバルブキャビティからのスラリー排出方法に関する。

ニッケルの精錬方法は、近年、ニッケル酸化鉱石を硫酸で加圧下に酸浸出する高圧酸浸出法に基づく湿式製錬方法が採用されている。このような湿式製錬方法では、特許文献１に示すように、従来の一般的なニッケル酸化鉱石の精錬方法である乾式製錬方法と異なり、乾式工程（還元工程、乾燥工程等）が不要でエネルギーコスト的に有利なため、従来コスト的に製錬対象とならなかった低品位原料を製錬できるようになる。この湿式製錬方法は、鉱石処理工程、浸出工程、固液分離工程、中和工程、亜鉛除去工程、硫化工程等から構成されている。

上記高圧酸浸出法に基づく湿式製錬方法の最初の工程である鉱石処理工程においては、異物除去及び鉱石粒度調整を行い、鉱石スラリーを形成する。この鉱石スラリーは、バルブやポンプを介して、次工程である浸出工程に搬送される。浸出工程では、オートクレーブ等の設備を用いて鉱石スラリーに硫酸を添加し、２２０℃〜２８０℃の高温化で攪拌処理して、浸出スラリーを形成する。

上記鉱石処理工程では、ニッケル酸化鉱石を湿式篩等で篩分けし、浸出工程で浸出できない異物やポンプで流送困難な粒度の鉱石等を分離する。篩分けは所定の分級粒度で行われ、それ以上の粒度の鉱石は解砕処理される。この解砕と篩分け処理を通過したスラリーを沈降させて濃縮し、スラリー中の固体濃度（スラリー濃度）を調整して上記鉱石スラリーが形成される。スラリー濃度は、質量％で２５％〜４５％程度の高濃度で調整され、高い沈降性も有している。

ニッケル酸化鉱石はいわゆるラテライト鉱であり、ニッケルは水酸化物又は含水ケイ苦土（ケイ酸マグネシウム）鉱物として含有され、クロム分は、多くが鉄又はマグネシウムを含むクロマイト鉱として含有されている。このクロマイトを含有したクロマイトサンドはとりわけ比重が重く硬度が高いため、スラリー搬送を伴う湿式製錬プラントにおいては、配管、ポンプ等の摩耗を著しく助長する成分である。

ところで、ボールバルブは、バタフライ弁等と比較して流量を極めて大きくすることができ、かつ、フルボア型ではボアを管流路の径と同径に構成できる特徴により、流路に流体の障害物を有さない。このためボールバルブは、流体を搬送する際に、各種バルブの中で極めて大きい流量の流路を対象に、流体抵抗を極めて小さく、圧力損失も小さく、優れた流量特性を実現できる。

このためボールバルブ、特にトラニオン型ボールバルブは、大量で所定の粘性を有するスラリー等の搬送に好適であるため、大流量を扱うプラントにおけるスラリーの搬送流路に設置されるバルブとして多く用いられている。

一方でボールバルブの構造は、バルブ本体（弁箱）を構成するボデーやキャップの内周面と、ボール弁体の外周面との間に空間、いわゆる「キャビティ部」が形成され、このキャビティ部は、バルブが全開、全閉の状態において弁箱、弁体、及び弁座シートで包囲される閉鎖空間となり、この閉鎖空間は、バルブが中間開度の時は流路部と連通する構造である。

この連通構造のため、バルブの開閉操作とともにキャビティ部には搬送する流体が入り込み、特に流体がスラリーの場合は、キャビティ部へ浸入した上で、キャビティ部内に留まったまま時間経過と共に堆積していく。

このようにキャビティ部に浸入した流体を除去する対策として、例えば特許文献２が存在する。しかし、特許文献２では流体は粉体であり、堆積した流体の排出もパージ用気体を使用するものである。従って、キャビティ部に堆積したスラリーの排出に適するものではなく、鉱石スラリーの排出に用いることは不可能である。

特開２０１０−９５７８８号 特開平７−５５０２５号

ボールバルブを上記のような鉱石スラリーの搬送流路に用いた場合、鉱石スラリーは濃度が高く沈降性も有しているため、弁体の流路部とキャビティ部との連通経路からキャビティ部に侵入して時間がある程度経過した鉱石スラリーは、重い成分が沈降して濃縮され、更に粘性が高くなる（或は固化する）。この現象がある程度継続することで、ボール弁体を覆ってその回転運動を固定するように、キャビティ部に鉱石スラリーが堆積してしまう。

この現象のため、堆積して粘性が高くなった（或は固化した）キャビティ部の鉱石スラリーとボール弁体の摩擦抵抗は増大していき、弁体の開閉に必要な操作トルクも増大し、弁の操作が困難なものとなっていく問題点があった。特に鉱石スラリーの成分の中で、比重が重いことによりキャビティ部下側に堆積し、ボール弁体を覆って固く締まったクロマイトサンドが、ボール弁体の回動運動を物理的に妨げる問題点があった。

また、図７（ａ）に示すようにバルブの全開時では、ボール２の外表面１１のキャビティ部８への露出面積が最大となる。従ってキャビティ部８に堆積した鉱石スラリーと、ボール２の外表面１１の、両者の接触面積も、弁の開度範囲の中で最大となることから、両者の摩擦抵抗も特に大きい力となり、図７（ａ）に示す全開から図７（ｂ）に示す全閉への操作時の操作トルクもとりわけ大きい力を要し、バルブの操作が困難となる問題点があった。

従来では、この高い操作トルクに対応するため、ステムを回動するアクチュエータに高出力のものを用い、ボール弁体を回転するステムを太くする技術も知られている。しかしながら、このような構成ではボールバルブの大型化が避けられず、結果として高コストを招いてしまう問題が生じる。

そこで本発明は、従来の課題を解決するために開発に至ったものであり、その目的とするところは、スラリー濃度の高いスラリーを搬送するためのボールバルブにおいて、ボールキャビティ部に堆積したスラリーを外部に円滑に排出させて、操作トルクの上昇を回避することにより弁の操作性を維持し、もって弁駆動を確実に行い得るようにしたボールバルブを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、流出入口を連通する流路を有するボデー内に貫通孔を有するボールをステムを介して回転自在に設け、かつ前記ボデーの内周面と前記ボールの外表面との間隙に形成されたキャビティ部を有するボールバルブにおいて、前記ボデーの流路に対して下方側のキャビティ部にボデー外部と連通するスラリー用排出口を設け、この排出口の近傍位置に液圧流入口を設け、前記キャビティ部の排出口付近に堆積しているスラリーを液圧により粉砕し、かつ攪拌させて前記排出口よりキャビティ部内のスラリーを順次排出させるようにしたことを特徴とするスラリー排出機能付きボールバルブである。

請求項２に係る発明は、前記排出口の周囲に位置するボデー内周面に、液圧を誘導案内するための案内部を設け、この案内部で液圧とともにスラリーを誘導案内して排出するようにしている。

請求項３に係る発明は、前記スラリーの固体濃度は、２５〜４５質量％程度の高い濃度を有している。

請求項４に係る発明は、前記ボデーの流路に対して上方側のキャビティ部に液圧流入口を設け、この液圧流入部からの液圧でボール表面を洗浄するようにしている。

請求項５に係る発明は、前記ボールの下部に下ステムを更に設け、かつ当該ボールの一次側と二次側にボデーとボールとをシール接触するためのシール機構を配置したトラニオン型ボールバルブである。

請求項６に係る発明は、鉱石を鉱石処理工程で形成された鉱石スラリーの搬送に用いる。

請求項７に係る発明は、トラニオン型ボールバルブであって、前記キャビティ部の下方側に堆積したスラリーを排出する際に、前記ボールバルブを全開にした状態で、前記液圧流入口より液圧を注入し、所定の液圧状態に至ったときに前記排出口を開放して液圧により粉砕しかつ攪拌したスラリーを当該排出口より排出するようにしたことを特徴とするボールバルブにおけるスラリー排出方法である。

請求項８に係る発明は、前記スラリーは、ニッケル酸化鉱石を処理し、かつクロマイトサンド等を含有した鉱石スラリーであり、この鉱石スラリーは、スラリー濃度が２５〜４５質量％である。

請求項９に係る発明は、前記排出口に設けたスラリー排出用の弁を全閉状態として、前記キャビティ部内に液圧を充填した後に、スラリー排出用の弁を全開状態としてスラリーの排出を行うようにしたスラリー排出方法である。

請求項１に係る発明によると、ボールバルブのキャビティ部内に堆積したスラリーを効率的に粉砕し、かつ、攪拌することができるので、スラリーを外部に円滑に排出することが可能となるため、弁操作トルクの上昇を防ぐことができると共に、弁の操作性を維持することができ、例えば、製錬プラントに用いるスラリー搬送用のボールバルブに極めて好適である。

請求項２に係る発明によると、キャビティ部内で液圧により粉砕され、かつ、攪拌されたスラリーは、スロープ形状の案内部に誘導案内されるから、排出口より効率的に排出することができる。

請求項３に係る発明によると、濃度の高いスラリーは、液圧により攪拌・粉砕されて順次容易に排出することが可能となる。

請求項４に係る発明によると、キャビティ部の上方側に液圧注入部を設けているので、ボールシート近傍を中心にボール表面を液圧で洗浄することができ、液圧流入とキャビティ部下方の排出口と相俟って弁の操作性の維持を図ることができる。

請求項５に係る発明によると、トラニオン型のボールバルブに適用することによって、特に、緊急時において、キャビティ部内に液圧を充填した後に、一気に排出口よりスラリーを排出することが可能となり、しかもキャビティ部内には、全開時又は全閉時にスラリーが流入するおそれがなく、スラリー用の搬送バルブとして好適である。

請求項６に係る発明によると、例えば、ニッケル酸化鉱石を硫酸で加圧下に酸浸出する高圧酸浸出（ＨＰＡＬ）法に基づく湿式製錬プラントにおける鉱石スラリーの搬送工程に用いることができる。

請求項７に係る発明によると、ボールバルブのキャビティ部に堆積したスラリー濃度の高いスラリーを外部に効率的に排出することができ、操作トルクに影響を与えることがなく、確実に弁駆動を行うことができる。

請求項８に係る発明によると、スラリー濃度の高いスラリーであっても確実にボールバルブの外部に排出することができる。

請求項９に係る発明によると、キャビティ部内で鉱石スラリーが固化してバルブの開閉が困難な場合などの緊急時において、スラリー排出用の自動弁を全閉状態として、キャビティ部内に液圧を充填した後に、スラリー排出用の自動弁を全開して一気に鉱石スラリーを排出することが可能となり、もって、鉱石スラリーの搬送工程において、遠隔操作でキャビティ部内の鉱石スラリーを確実に排出することができる等の有用な効果がある。

本発明におけるスラリー排出機能付きのトラニオン型ボールバルブの全体構造の一例を示した縦断面図である。 図１におけるＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は図２の部分拡大斜視説明図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面説明図である。 製錬プラントの一部である鉱石スラリーの搬送工程を示した工程図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、スラリーの排出を示した説明図である。 本発明における他例を示したフローティング型のボールバルブである。 （ａ）、（ｂ）は、ボールバルブの全開と全閉状態の断面概略図である。 ボールバルブのキャビティからのスラリー排出方法におけるフローチャートである。

以下に、本発明のスラリー排出機能付きボールバルブとそのバルブキャビティからのスラリー排出方法の好ましい実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、本発明に係るスラリー排出機能付きボールバルブ１００が配置されるニッケル製錬プラントの概要を説明する。図４はニッケル酸化鉱石を硫酸で加圧下に酸浸出する高圧酸浸出（Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ａｃｉｄ Ｌｅａｃｈ）法に基づく湿式製錬プラントの一部を示す。図４において、１０１は原料となる鉱石、１０２は鉱石処理装置、１０３は鉱石スラリーを圧送するポンプ、１０４は浸出装置である。

上記プラントで製錬回収されるニッケルの原料となるニッケル酸化鉱石には、シリカ鉱物、ケイ苦土鉱物（ケイ酸マグネシウム）、硬度の高いクロマイト等が含有されている。

上記ニッケル酸化鉱石は、鉱山から赤土と共に採土し、鉱石処理装置１０２へ投入する。この鉱石処理装置１０２では湿式篩等で篩分けし、浸出工程で浸出できない異物を除去し、ポンプ１０３で流送困難な粒度の鉱石等を分離する鉱石粒度調整を行う。通常、篩分け粒度は２ｍｍ程度、好ましくは１．４ｍｍ程度であり、それ以上の粒度の鉱石は解砕処理される。この解砕−篩分け処理を通過した鉱石によりスラリーが形成され、次いで沈降させて濃縮し、スラリー中の固体濃度（スラリー濃度）を調整した鉱石スラリーを調整する。

鉱石スラリーの濃度は、固形率が高いほど扱う液量が少なくなり、配管、タンク等の設備を簡便化できることから、ポンプによる送液等に支障が生じない程度に、或は配管閉塞が発生しない程度に、鉱石スラリーの濃度を調整する必要がある。このためスラリー濃度としては、通常、２５〜４５質量％程度に調整するのが好ましい。

上記のように鉱石処理装置１０２にて濃度等が調整された鉱石スラリーは、ポンプ１０３を介して浸出装置１０４へ搬送される。浸出装置１０４ではオートクレーブ等の設備を用いて鉱石スラリーに硫酸を添加し、ニッケル、コバルト等の有価成分を浸出し２２０〜２８０℃の温度下で攪拌処理して浸出残渣と浸出液からなる浸出スラリーが形成される。

浸出スラリーは、図示しない固液分離工程に投入され、その後、中和工程、硫化工程、亜鉛除去工程等を経て、ニッケル及びコバルトを製錬する。

次いで、本発明のスラリー排出機能付きボールバルブの一例を説明する。スラリー排出機能付きボールバルブ１００は、前述したポンプ１０３の上流側と下流側に配置されている。図１は本発明に係るボールバルブを大口径のトラニオン型としたトラニオン型ボールバルブ１ａの縦断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

図１及び図２において、１ａは本例において、バルブ呼び径が１０インチのトラニオン型ボールバルブであり、２はボール、３はボデーであり、ボール２は弁室内で上方側のステム４と下方側の下ステム５により回転自在に支持され、ステム４を電油圧アクチュエータで回転させている。また、６はボデー３と組合せて弁箱を構成するキャップであり、７はキャビティ部８と流路９をシール接触するシール機構である。

このシール機構７は、ボール２の１次側と２次側に配置してボデー３やキャップ６の内周とボール２の表面との間をシールし、このシール機構７でキャビティ部８を密閉する。シール機構７は、ボールシート１０、スプリング１９、リテーナ１８、リテーナパッキン２０より構成されている。

ボール２は、内部にはボデー３に形成された流路９と略同径の貫通孔１２が形成されている。この貫通孔１２の軸心と垂直方向のボール上部にはステム４が接続され、このステム４によってボール２は開方向及び閉方向へ回転角９０℃の範囲で回転駆動され、バルブの開閉がなされる。本例ではボール２の下部を下ステム５で支持したトラニオン型のボールバルブである。

ステム４は、本例では、電油圧アクチュエータを用いて弁体であるボール２へ伝達し、バルブを開閉させる。ボデー３との間には、ステム４を回転自在に支持するステムベアリング１３が装着されている。また、流体のシールのためにパッキン１５が装着され、グランドプレート１７により押圧されている。

スラリー排出口２３は、本例では、一次側のボールシート１０ａとボール２とのシール部位の下方となるボデー底部の最低位部に１つ設けられている。本実施例における鉱石スラリーのように、沈降性を有する流体を扱うバルブの場合には、スラリー排出口は、下方（図１における重力Ｇの方向）に設けるのがよく、トラニオン型ボールバルブの場合には、ボールの下方で、かつ下ステムの外方に設けるのが好適である。ただし、スラリー排出口２３は、キャビティ内に注入された液圧を利用してスラリーをボデー外部へ排出する機能を発揮するように構成されていれば、その配設位置や配設数、開口部の形状や大きさ等は特に限定されないものである。

液圧注入口２２は、本例では、ボデー３上部の上部液圧注入口２２ａ及びボデー３下部の下部液圧注入口２２ｂの２か所に設けているが、液圧をキャビティ内部へ注入する機能を発揮するように構成されていれば、その配設位置や配設数、開口部の形状や大きさ等は特に限定されないものである。

上部液圧注入口２２ａは、スラリー排出口２３に対向するボデー上部に設けている。図１及び図２に示すように、本例の上部液圧注入口２２ａは上方側キャビティ部８ａ内のボール外表面１１、特に１次側のボールシート１０ａの上方位置に開口している。

下部液圧注入口２２ｂは、本例では、図１及び図２に示すように、スラリー排出口２３の近傍であって、かつ、ボールシート１０ａとボール２のシール部位近傍に設けている。特に配設位置は、スラリーの効果的な排出を促進するため、スラリー排出口２３から離れすぎない位置とすることが好ましい。

案内部２６は、下部液圧注入口２２ｂからスラリー排出口２３に向けて、ボールバルブのボデー内周を縮径させたボデー段差部２５の一部を、傾斜状に切り欠いたスロープ状に形成され、図３（ａ）に示すように、スラリー排出口２３を包囲している。図３（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線断面図であり、このスロープ形状の案内部２６の断面を示している。これらの図から把握できるように、案内部２６はスラリー排出口２３を中心に円状に形成された緩やかな曲面の凹部である。さらに本例では、ボトムステム挿入口２７開口部の周縁に、すり鉢状凹部２８を設けている。ここで、ボデー段差部２５は、ボールバルブのボデーを極力小さく形成するために縮径させた段差部である。

各液圧注入口（本例では上部液圧注入口２２ａ及び下部液圧注入口２２ｂ）には、図示しない液圧源から液圧注入用自動弁２９を経由した後に分岐する液圧供給管を接続している。この自動弁２９には、図示しない自動弁操作用の電磁弁が装着されている。

なお、この液圧供給管には、自動弁２９の１次側に逆止弁を設けてもよい。

スラリー排出口２３には、スラリー排出用自動弁３０を配置した排水管３１を接続している。この自動弁３０には、呼び径１／２インチや３／４インチ等の小口径バルブを用いる。

これら各自動弁２９、３０等の開閉操作は通常、図示しない集中制御室から行うが、ボールバルブのアクチュエータや各自動弁（本例では自動弁２９、３０、さらに自動弁に付属された図示しない電磁弁等）を直接操作することにより行うこともできる。

上記のように、本発明に係るスラリー排出機能を実現する構造は、ボデー内周面に設けられキャビティ部８へ開口した液圧注入口２２から水圧をキャビティ部８へ充填し、スラリー排出口２３よりスラリーを排出する構造である。

次いで、本例の作用を説明する。本例のスラリー排出機能付きボールバルブ１ａは、図４に示すように、ニッケル製錬プラントにて鉱石スラリーを搬送する。ボール２は常時全閉状態であり、鉱石スラリーを浸出工程へ搬送する際に全開状態としている。

このバルブを開閉する際、開度が中間開度の時は、上記した流路９とキャビティ部８に形成される連通路を介してキャビティ部８へ鉱石スラリーが浸入する。このようにキャビティ部８へ浸入した鉱石スラリーは、時間経過と共に次のように堆積していく。すなわち、比重の軽い成分の液状物はキャビティ部８の上方へ浮上していき、比重の重いクロマイトサンドを主成分とするスラリーはキャビティ部の下方へ沈降していく。特にキャビティ部８下方へ沈降して堆積ないし固化したスラリーは粘性や硬度が高く、しかも水に溶けにくいため、ボール２の回転運動を物理的に妨害する主要因となる。

このように堆積したスラリーを、自動弁２９，３０等を遠隔制御により開閉することで液圧注入口２２からキャビティ部８へ液圧注入して、スラリー排出口２３よりキャビティ部８外部へ排出する。

通常時のスラリー排出方法は、キャビティ部８への水圧注入と鉱石スラリーの排出を同時に行う。水圧注入の際には、液圧注入用自動弁２９を全開とするとともに、スラリー排出用自動弁３０も全開とする。上部液圧注入口２２ａからの水圧注入により、ボール外表面１１を洗浄しつつ、下部液圧注入口２２ｂからの水圧注入により、スラリー排出口２３付近に堆積した鉱石スラリーを攪拌・粉砕して、スラリー排出口２３よりスラリー排出を行う。

図５は、スラリー３５が排出される様子を示した説明図である。（ａ）は、鉱石スラリーがキャビティ部８内へ堆積した状態を示している。下方側キャビティ部８ｂには、主に比重の重い成分のスラリーが堆積或は固化している。（ｂ）では、上部液圧注入口２２ａ及び下部液圧注入口２２ｂから水圧を注入している状態を示している。特に、下部液圧注入口２２ｂからの水圧は近傍に設けられたスラリー排出口２３へ向かい効果的にスラリー排出が行われる。（ｃ）は、スラリーの排出が進みキャビティ部８内のスラリー３５の量が減少した状態を示している。

上部液圧注入口２２ａは、上記した位置に開口して液圧注入するため、１次側ボールシート１０ａ近傍を中心に、ボール２の外表面を水圧で洗浄することができる。

下部液圧注入口２２ｂは、上記したように、スラリー排出口２３の近傍であって、かつ、ボールシート１０とボール２のシール部位近傍に設けている。このため、注入水圧の大半は、最近接の低圧空間であるスラリー排出口２３へ流れ込む。しかもこの流れは、スロープ形状の案内部２６に誘導案内される。従って、注入された水圧はスラリー排出口２３付近の堆積スラリーを優先的に拾ってスラリー排出口２３から出ていき、この作用が連続することでキャビティ部８内の堆積スラリー全体を順次、容易に排出することができる。

スラリー排出口２３は、上記したようにボデー底部の最低位部に設けている。このため、２か所の液圧注入口２２ａ、２２ｂから注入されスラリーを伴った液圧が重力で最低位部に集約されるので、キャビティ内の液圧力と相俟って排出がされ易い。さらにこのスラリー排出口２３は、ボール２とボールシート１０との弁座シール性を確認する際に、ボールシート１０からの流体漏れ検出口としても機能する。

スロープ形状の案内部２６は、下部液圧注入口２２ｂとスラリー排出口２３との間を流体が流れやすいように連結しているため、下部液圧注入口２２ｂから注入された液圧がスラリー排出口２３に向けて流れ込む流路が形成される。このため、上記したスラリー排出が促進される。しかも単純な形状であるため、簡素にボデー段差部２５へ成形することができる。

特に、鉱石スラリーがボデー内周面に形成された溝部（環状凹部２４）に入り込むと排出が困難となってしまうが、本例では下部液圧注入口２２ｂが環状凹部２４内に設けられているので、直接に環状凹部２４内に注入された液圧はその周方向へ流入して溝内を集中的に洗浄する作用を生じるため、溝部へのスラリーの沈降・固着を防止し、キャビティ内のスラリー排出を促進している。

ボトムステム挿入口２７周縁のすり鉢状凹部２８は、この下ステム５周縁部に付着・堆積したスラリーを水圧によって拡散しやすくする作用がある。

液圧注入用自動弁２９の１次側液圧供給管に設けられた逆止弁は、ウォータハンマを防止する作用がある。

スラリー排出用の自動弁３９には、小口径バルブを用いている。小口径バルブは呼び径に対してボデー３２やキャップ３３等の本体構成部品の肉厚が厚く、ボール３４の径も大きい。従って、バルブ全体の剛性が高いことから、液圧によって押し出される鉱石スラリーによってバルブ本体が変形してしまうおそれがなく、確実にバルブの開閉操作や弁座シールができる。

本例では、注入した水圧は０．８ＭＰａ、注入時間は２分に設定している。また、ボール２の開閉時間は５〜６秒である。従って、ボール２の全開操作又は全閉操作の完了後もキャビティ部８内への水圧注入を継続している。

また、上記したように堆積したスラリーの濃度は２５〜４５質量％程度と高濃度であり、粘性も高い。このような堆積スラリーを水圧で粉砕し排出するには、水圧を０．２ＭＰａ以上とすることが好適であり、本例では０．８ＭＰａに設定している。また、この水圧は、流速にして３ｍ／ｓｅｃ以上が好適であり、４〜５ｍ／ｓｅｃが望ましい。

０．２〜０．８ＭＰａ程度の水圧であれば、ボールシート１０とボール２との水密シールを維持しつつキャビティ部８内に効率的に水圧を注入することができる。これにより、後述する緊急時のスラリー排出方法の場合に、数秒間でキャビティ部８内に水圧を充填することができる。

上記のように、キャビティ部８への鉱石スラリー浸入後、直ちに水圧を注入して鉱石スラリーを流動状態で排出することにより、キャビティ部８内における鉱石スラリーの堆積、固化を防ぐことができる。

また、鉱石スラリーの流体圧力の高低により、水圧注入のタイミングや水圧注入時間等を、以下のように適宜調整してもよい。

鉱石スラリーの流体圧力が低い場合には、鉱石スラリーがキャビティ部８内に浸入し易いことから、ボール２の全閉から全開への操作（全開操作）又は全開から全閉への操作（全閉操作）の作動開始と同時にキャビティ部８内への水圧注入を行う。

鉱石スラリーの流体圧力がキャビティ部８内に注入する水圧よりも高い場合には、水圧がボールバルブの流路９に浸入（逆流）することを防ぐため、ボールバルブの全開操作又は全閉操作の作動完了後に、キャビティ部８内への水圧注入を行う。水圧注入の際には、液圧注入用自動弁２９を全開にすると共に、スラリー排出用自動弁３０も全開とする。本例ではこの場合の水圧注入時間も２分に設定している。

また、万が一上記の所定時間内に全開操作又は全閉操作を完了しない場合には、水圧注入時間を延長するように設定している。

次に、緊急時のスラリー排出方法を説明する。緊急時とは、キャビティ部８内で鉱石スラリーが固まりバルブ開閉が困難となった時である。特に、図７（ａ）に示すようにバルブが全開状態でキャビティ部８内に堆積したスラリーが固化してしまうと、ボール２の外表面１１と固化したスラリーとの接触面積がとりわけ大きいため、スラリーとの摩擦力等に抗してボール２を回転させるトルクもとりわけ大きいエネルギーが必要となり、バルブの開閉が困難となってしまう。

この場合は、キャビティ部８内に水圧を充填した後に、液圧流入口２２より液圧を注入し、所定の液圧状態に至ったときにスラリー排出口２３を開放して、液圧により粉砕・攪拌したスラリーをスラリー排出口２３より排出する。

次いで、上記の緊急時のスラリー排出について、図８に示すフローチャートに基づいて具体的に説明する。

先ずスラリー排出用自動弁３０は全閉とし、キャビティ部８に液圧を充填できるようにしておく。次に液圧注入用自動弁２９を全開とし、液圧を注入を開始する。次に各液圧注入口（本例では上部液圧注入口２２ａ及び下部液圧注入口２２ｂ）から水圧を注入し、キャビティ部８に水圧を充填する。キャビティ部８に液圧が充填できたか否かの判断は、本例では、キャビティ部８内の水圧が０．８ＭＰａに達したか否かで判断している。また、水圧注入時間は約２分に設定している。キャビティ部８内が所定の液圧で充填されない場合は、液圧充填の条件を満たすまで、水圧注入を継続する。

キャビティ部８に液圧が充填された場合は、スラリー排出用自動弁３０を全開とし、スラリー排出を開始する。本例のスラリー排出は上記の作用のごとく、下部液圧注入口２２ｂからの水圧注入によりスラリー排出口２３付近の鉱石スラリーを粉砕して排出を容易にし、上部液圧注入口２２ａからの水圧注入によりボール外表面１１を洗浄する。

キャビティ部８内からスラリー排出ができた場合は、液圧注入用自動弁２９を全閉として液圧注入を停止し、次いでスラリー排出用自動弁３０を全閉として、緊急時のスラリー排出方法を終了する。キャビティ部８内からスラリー排出ができていないと判断できる場合は、スラリー排出の条件を満たすまで、液圧注入用自動弁２９とスラリー排出用自動弁３０の全開状態を維持する。

上記した緊急時のスラリー排出方法では、スラリー排出口２３は閉じているため注入された水はキャビティ部８内に留まるものの、注入圧力により水圧は徐々に堆積スラリーに浸透し、少なくとも容易に流動させることができる程度まで粘性を下げることができる。このためキャビティ部８内に水圧充填が完了した後、スラリー排出用自動弁３０を全開にすると、水圧を利用して堆積していた鉱石スラリーを一気にスラリー排出口２３から押し出すことができる。

また、固くなったスラリーに水圧を浸み込ませてからスラリーを排出する場合には、キャビティ部８内に水圧を充填した状態を暫く維持した後に排出してもよい。さらに、このようなスラリーへの水圧浸透を重視する場合には、注入水圧の圧力を、ボールシート１０がボール２を押圧する力より高い圧力に設定し、ボールシート１０とボール２との間から水圧をリークしつつ、キャビティ部８内に水圧を注入してもよい。

また、バルブの開度が全開状態でない場合に開閉困難となった場合（緊急時）には、バルブの開度を一度全開状態としてから、上記のように水圧注入してもよい。

以上、本発明によれば、キャビティ内への鉱石スラリーの堆積ないし固化を防ぎ、バルブの開閉操作を円滑に行うことができる。また、バルブの開閉操作トルクの上昇を制御することができるので、ステムを過大な太さに設定したり、アクチュエータの出力を過大なものに設定する必要がなく、アクチュエータ付ボールバルブをコンパクトな構造とすることができる。

更に、本発明は、前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、前記ボールバルブに代えて弁体が球状でないバルブにおけるキャビティ内堆積スラリーの排出に応用する等、本発明の特許請求の範囲に記載されている発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変更ができるものである。

次に、本発明におけるスラリー排出機能付きボールバルブとそのバルブキャビティからのスラリー排出方法をフローティングバルブに適用した他例を、図６に基づいて説明する。

図６に示すフローティング型ボールバルブ１ｂは、主な構成要素として、ボデー３６、ボール３７、シール機構３８、ステム３９から構成され、ボデー３６やキャップ４０には流路配管が接続される。また本例では、ステム３９はアクチュエータ４０に回転駆動される。

ボール３７はボデー３６の上方側のステム３９と固定しない接続がされており、ボデー下方側にはステムを有さず、１次側及び２次側シール機構３８のボールシートで両側から圧接されて弁室内に抱きかかえられている。

本例のスラリー排出及び液圧注入構造は、図６に示すように、キャビティ部４２内のへ開口した上部液圧注入口４３ａ、下部液圧注入口４３ｂ、及びスラリー排出口４４と、液圧を注入する自動弁４５、配管４６、スラリーを排出する自動弁４７、及び配管４８からなる構造である。

上部液圧注入口４３ａ、下部液圧注入口４３ｂ、スラリー排出口４４等を設ける位置・配設数やその形状、及びスラリー排出方法（液圧の圧力、注入時間、バルブの開閉時間、ボールや自動弁の開閉タイミング等）は、上記したトラニオン型の場合の実施形態と同様でもよいが、バルブや流体特性等に応じて適宜変更してもよい。

なお、特にスラリーの排出に当たっては、スラリー排出口４４を設ける位置は、下ステムを有さないことから、下方側のキャビティ部４２内の最低位部（図７においてはステム３９に対向したボデー底部４９）に設けると好適である。また、下方側キャビティ部が狭い構造の場合は、下部水圧注入口４３ｂやスラリー排出口４４を設ける位置は、ボールシートの近傍とすると好適である。

以下に、本例におけるスラリー排出機能付きボールバルブの評価試験を述べる。この試験は、疑似鉱石スラリーを用いてバルブの作動トルクを測定し、スラリー排出機能の有効性を確認する評価試験である。

疑似鉱石スラリーの組成は、クロマイトサンド４０質量％、赤土６０質量％からなる土を４０質量％と、水道水６０質量％とを混合したスラリーである。赤土は篩掛けして乾燥させたものを使用した。

評価対象のスラリー排出機能付きボールバルブは、ボールシートがメタルシートのステンレス鋼製トラニオン型ボールバルブである。バルブの呼び径は１２インチである。

試験手順は、ボールバルブのキャビティ部内へ疑似鉱石スラリーを詰め込んだ後、ボールバルブを全閉状態とした上で、２４時間放置した。このようにしてキャビティ部に鉱石スラリーが堆積した状態を再現した。

上記過程で、バルブの作動トルクを以下の３時点で測定した。すなわち、(1)疑似鉱石スラリーを詰める前、(2)疑似鉱石スラリーを詰めてから２４時間経過後、(3)液圧を加えた後の３時点である。

また上記測定は、注入する水圧の圧力を０．２ＭＰａ、０．４ＭＰａ、０．６ＭＰａ、０．８ＭＰａの４値の圧力で、それぞれ測定した。

結果として、４値の水圧で最低値の０．２ＭＰａによるスラリー排出の場合であっても、測定されたバルブの作動トルクはそれぞれ、上記(1)の時点（疑似鉱石スラリーを詰める前）で８８０Ｎ・ｍ、上記(2)の時点（疑似鉱石スラリーを詰めてから２４時間経過後）で２９００Ｎ・ｍ、上記(3)の時点（液圧を加えた後）で８８０Ｎ・ｍであった。

従って、上記(3)の時点（液圧を加えた後）の作動トルクが、上記(1)の時点（疑似鉱石スラリーを詰める前）の作動トルクと同じ値であったことから、０．２ＭＰａの水圧によるスラリー排出で、十分にキャビティ内のスラリーが除去できることが確認された。

１ａ トラニオン型ボールバルブ
１ｂ フローティング型ボールバルブ
２、３７ ボール
３、３６ ボデー
４、３９ ステム
５ 下ステム
６、４０ キャップ
７、３８ シール機構
８、４２ キャビティ部
８ａ 上方側キャビティ部
８ｂ 下方側キャビティ部
９ 流路
１０ ボールシート
１０ａ １次側ボールシート
１０ｂ ２次側ボールシート
１１ ボール外表面
１２ 貫通孔
２２、４３ 液圧注入口
２２ａ、４３ａ 上部液圧注入口
２２ｂ、４３ｂ 下部液圧注入口
２３、４４ スラリー排出口
２６ 液圧案内部
２９ 液圧注入用自動弁
３０ スラリー排出用自動弁

Claims (9)

1. 流出入口を連通する流路を有するボデー内に貫通孔を有するボールをステムを介して回転自在に設け、かつ前記ボデーの内周面と前記ボールの外表面との間隙に形成されたキャビティ部を有するボールバルブにおいて、前記ボデーの流路に対して下方側のキャビティ部にボデー外部と連通するスラリー用排出口を設け、この排出口の近傍位置に液圧流入口を設け、前記キャビティ部の排出口付近に堆積しているスラリーを液圧により粉砕し、かつ攪拌させて前記排出口よりキャビティ部内のスラリーを順次排出させるようにしたことを特徴とするスラリー排出機能付きボールバルブ。
2. 前記排出口の周囲に位置するボデー内周面に、液圧を誘導案内するためのスロープ形状の案内部を設け、この案内部で液圧とともにスラリーを誘導案内して排出するようにした請求項１に記載のスラリー排出機能付きボールバルブ。
3. 前記スラリーの固体濃度は、２５〜４５質量％程度の高い濃度である請求項１又は請求項２に記載のスラリー排出機能付きボールバルブ。
4. 前記ボデーの流路に対して上方側のキャビティ部に液圧流入部を設け、この液圧流入口からの液圧でボール表面を洗浄するようにした請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のスラリー排出機能付きボールバルブ。
5. 前記ボールの下部に下ステムを更に設け、かつ当該ボールの一次側と二次側にボデーとボールとをシール接触するためのシール機構を配置したトラニオン型ボールバルブである請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のスラリー排出機能付きボールバルブ。
6. 請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のボールバルブは、鉱石を鉱石処理工程で形成された鉱石スラリーの搬送に用いることを特徴とするボールバルブ。
7. 請求項１又は請求項５のトラニオン型ボールバルブであって、前記キャビティ部の下方側に堆積したスラリーを排出する際に、前記ボールバルブを全開にした状態で、前記液圧流入口より液圧を注入し、所定の液圧状態に至ったときに前記排出口を開放して液圧により粉砕しかつ攪拌したスラリーを当該排出口より排出するようにしたことを特徴とするボールバルブにおけるスラリー排出方法。
8. 前記スラリーは、ニッケル酸化鉱石を処理し、かつクロマイトサンド等を含有した鉱石スラリーであり、この鉱石スラリーは、スラリー濃度が２５〜４５質量％である請求項７に記載のボールバルブにおけるスラリー排出方法。
9. 前記排出口に設けたスラリー排出用の弁を全閉状態として、前記キャビティ部内に液圧を充填した後に、スラリー排出用の弁を全開状態としてスラリーの排出を行うようにした請求項７又は請求項８に記載のスラリー排出方法。

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