JP2023549910A - 改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置 - Google Patents

Abstract

【要約】本発明に係る改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置は、高炉分野に属する。前記窒素気密シール構造は、構造全体で２つの機能に分けられ、そのうち高炉の下側位置に設けられたラビリンス構造は、防塵、粉塵減少の効果を果たすことができるだけでなく、炉内ガスの圧損傷耐性を高めることができ、上部浮き輪シールに有利な条件を提供する。一方、装入装置の上側位置には、動作中に自己適応性によって常に接触し続けることができ、互いに慣らし運転することによってより緊密な結合を達成することができ、このような構造は、高精度の製造コストを必要としない。上部圧力が高炉の圧力より高いことを保持することによって、浮き輪が一定のシール押圧力を有することを確保でき、よりよいシール効果に達する。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉分野に係り、具体的に改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置に関する。

ベルレス式炉頂装入装置を採用した高炉は、すでに五十年近くの歴史になり、しかも、さまざまな伝動構造形式が開発され、例えば、最も伝統的なルクセンブルクＰＷ社の原料装入装置は、国内でよく「水冷型ギアボックス」または「気密型タンク」と呼ばれ、また、国内では、冶賽迪、中冶東方、秦冶、中冶南方は、ともにそれぞれの特色の原料装入装置を有する。
これらの原料装入装置は、回転ドラム構造を備える点で共通特徴であり、回転ドラムと原料装入装置の固定部分とのシールは、すべて窒素シール式を採用し、その水冷構造は、開放式と閉鎖式の２種類があり、閉鎖式水冷は、「密閉水循環システム」または「加圧水冷システム」とも呼ばれる。
いずれの水循環システムを採用しても、その相応する窒素シール構造でよく使われている仕組みは、いずれも、回転ドラムと原料装入装置のハウジングとの結合部に一定の隙間を残し、原料装入装置のハウジングに高炉炉内より高い窒素を導入することによって、いわゆる、「窒素シール」を行うことであり、高炉炉内は、高温、高圧の粉塵雰囲気であり、さらに、炉内に常に圧力が不安定の現象が発生するため、粉塵とガスは、隙間を介して原料装入装置の内部キャビティに侵入しやすい。

中国の文献『高炉のベルレス式炉頂水冷型装入シュート付伝動ギアボックスの研究』(東北大学大学院修士論文)1.3.4.2は、伝統的な気密シール構造についてうまくまとめて記載しており、このような構造は、回転ドラムと固定ハウジングとの結合部に比較的大きな隙間を有するラビリンス構造しか採用できず、隙間を縮小すれば相互接触面に対して高精度の加工が必要であり、かつ、運転期間にも熱変形により抵抗が発生するが、比較的大きな隙間は、高炉炉内と原料装入装置の内部キャビティがマクロに連通し、互いに空気を入れやすいような効果をもたらすことができる。
しかし、原料装入装置の内部キャビティの部品を高炉炉内の高温ガスによる浸食から保護するために、大量の窒素ガスを原料装入装置の内部キャビティに充填しなければならず、１.３.４.３で指摘したように、この気密シール構造のガス消費量は、常に数千立方メートル／時である。
同文献では、回転ドラムと固定ハウジングとの結合部にグラファイトブロックを入れ、上方に押圧リングが設けられた改良型気密シール方式を提出した。
図２.３に示すように、グラファイトブロックが回転ドラムおよび押圧板とともに回転し、さらに、グラファイトブロックは、平面によって固定結合面と貼り合わせており、このように関連する合せ面の寸法加工に対する要求は、比較的に高く、摩損消耗に伴い、隙間は、次第に増大し、グラファイトブロックの下方は直接に高炉ガスおよび粉塵に向かい、一旦圧力変動があって原料装入装置の内部キャビティの圧力が不安定になると、高炉ガスは、容易に隙間を突き破って粉塵とともにグラファイトブロックを磨耗し、このような構造は、初期段階での使用効果が比較的よいが、長期的な使用効果が次第に悪くなる恐れがある。

中国特許201120161414.4と中国特許201220013114.7では、いずれも、回転ドラムと固定ハウジングとの結合部にスリットラビリンス式を採用することで、高炉ガスの抵抗を増加するが、理論上は、依然として漏洩リスクが存在する。
中国特許200820077191.1では、前記『高炉のベルレス式炉頂水冷型装入シュート付伝動ギアボックスの研究』に似ている耐摩耗リング構造（浮き輪のように）を採用し、さらに、弾性部材を加えて耐摩耗リングを常に対向する結合面と接触させることで、『高炉のベルレス式炉頂水冷型装入シュート付伝動ギアボックスの研究』における浮き輪構造の欠陥を克服したが、弾性部材は、易損部材であり、一旦破損すると、原料装入装置全体を分解し弾性部材を交換する必要があり、メンテナンスが比較的困難である。
中国特許第201580027776.5号に記載された第１の環状部および第２の環状部は、互いに接触しており、理論的には、シール効果を高めることも可能であるが、第１および第２の環状部は、それぞれ固定ハウジングおよび回転部に固定接続されており、これは、スリットに対する従来の縮小バージョン（接触状態になるまで押し進み）に類似し、上述したように、このような構造は、加工精度に対する要求が非常に高く、運転中の高温による変形を回避することが困難であるからである。

これに鑑み、本発明の目的は、製造難度を低下させた上で、運転中に適応シールを自由実現することができ、その耐用年数を延長するだけでなく、原料装入装置の窒素消耗の効果を低下させることができる改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置を提供することである。

前記目的を達成するために、本発明は、以下のような技術的特徴を提供する。

改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置であって、固定ハウジングと、回転ドラムと、中央スロートとを含み、回転ドラムは、回転支えによって固定ハウジングの内部の上方に取り付けられるとともに、前記回転支えによって回転中心を囲んで回転し、中央スロートの上部が固定ハウジングの上方の環状中央口に連結し、回転ドラムは、主に、内輪円筒、底板および外輪円筒で構成され、底板は、円状の円盤であり、円筒状を呈する内輪円筒は、底板の上端面に設置して底板の内輪側に位置され、円筒状を呈する外輪円筒は、底板の下端面に設置して底板の外輪側に位置される。
中央スロートと回転ドラムの内輪円筒との間に形成された環状スリットに中央固定円筒が着脱可能に取り付けられる。
内輪円筒と中央固定円筒との間に環状気室Ｉが形成され、中央固定円筒の外周面にショルダＩが設けられ、ショルダＩの外周面と内輪円筒との間に環状スリットＩを有し、前記ショルダＩは、中央間座（スペーサ）として環状気室Ｉを上気室Ｉと下気室Ｉとの両部分に分割し、上気室Ｉと下気室Ｉとは、環状スリットＩによって連通される。
中央固定円筒のショルダＩの上方に中央下浮き輪が配置され、中央下浮き輪に中央上浮き輪が自由に載置され、中央下浮き輪に下合せ面Ｉが設けられ、中央上浮き輪に下合せ面Ｉと合わせた上合せ面Ｉが対応して設けられ、上合せ面Ｉおよび下合せ面Ｉのうち少なくとも１つは、上下両合せ面に線接触を形成させるように凸の環状曲面である。
ショルダＩの下方の下気室Ｉに中央ラビリンス通路が設けられる。
固定ハウジングの下方に固定ショートチューブが設けられ、固定ショートチューブ内に設置した外輪円筒と固定ショートチューブとの間に環状気室ＩＩが形成される。
外輪円筒の外周面にショルダＩＩが設けられ、ショルダＩＩの外周面と固定ショートチューブとの間に環状スリットＩＩを有し、前記ショルダＩＩは、外輪間座として環状気室ＩＩを上気室ＩＩと下気室ＩＩとの両部分に分割し、上気室ＩＩと下気室ＩＩとは、環状スリットＩＩによって連通される。
外輪円筒のショルダＩＩの上方に外輪下浮き輪が配置され、外輪下浮き輪に外輪上浮き輪が自由に載置され、外輪下浮き輪に下合せ面ＩＩが設けられ、外輪上浮き輪に下合せ面ＩＩと合わせた上合せ面ＩＩが対応して設けられ、上合せ面ＩＩおよび下合せ面ＩＩのうち少なくとも１つは、上下両合せ面に線接触を形成させるように凸の環状曲面である。
ショルダＩＩの下方の下気室ＩＩに外輪ラビリンス通路が設けられる。

さらに、前記中央固定円筒は、締結部材によって回転支えまたは中央スロートまたは固定ハウジングに締結される。

さらに、環状気室Ｉでは、上気室Ｉの幅は、下気室Ｉの幅より大きく、下気室Ｉの幅は、環状スリットＩの幅より大きく、環状気室ＩＩでは、上気室ＩＩの幅は、下気室ＩＩの幅より大きい、下気室ＩＩの幅は、環状スリットＩＩの幅より大きい。

さらに、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉとは、いずれも凸の環状曲面であるか、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた斜面であるか、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた凹の環状曲面である。

上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩとは、いずれも凸の環状曲面であるか、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた斜面であるか、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた凹の環状曲面である。

さらに、凸の環状曲面を用いて凹の環状曲面と嵌め合いする場合、凹の環状曲面の曲率半径は、凸の環状曲面の曲率半径より大きい。

さらに、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉに、さらに、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩに耐摩耗材が設けられる。

さらに、中央上浮き輪、中央下浮き輪、外輪上浮き輪および外輪下浮き輪は、グラファイト材またはセラミックス材である。

さらに、環状気室Ｉに中央上浮き輪を圧力掛けて吹付ける中央気室給気管が接続される。

さらに、環状気室ＩＩの上気室ＩＩを原料装入装置の内部キャビティと連通させるように、固定ショートチューブと底板との間に隙間を有し、原料装入装置の内部に内部キャビティ給気管が接続される。

さらに、中央ラビリンス通路と外輪ラビリンス通路とは、いずれも対となるベローズで構成される。

本発明のよい効果は、以下のとおりである。
（１）本発明の窒素シール構造では、高炉の炉内端部にラビリンス数量を増やすことで、粉塵の減少と損傷耐性の効果を高め、原料装入装置の内部のシールには最初のバリアが形成されるとともに、ベローズ構造の弾力性によっても取り付けに便利である。
（２）上下の浮き輪の線接触構造を採用したため、自己適応機能を持たせ、その接触位置は、常に接触を保持し、慣らし運転によって接触位置の結合はより良好であり、さらに、シール効果が向上され、加工の難しさを低下させ、線接触構造であるため、運転する時の寸法誤差による詰まりが生じにくい。
（３）浮き輪の合わせ面は、耐摩耗材を採用したため、さらに、上下の浮き輪の耐用年数が向上される。
（４)上下の浮き輪は、凸の環状曲面によって斜面、内凹弧面などと合わせることで、接触面が斜め方向に接触することによって、接触位置の法線方向の力を低減し、さらに、自動センタリング機能を有するため、摩擦力をさらに減らし、浮き輪の耐用年数を向上させる。
（５）分割構造の浮き輪は、部分的な取り付けと分解に便利で、多くの構造物を解体することなく分解できるため、設備のメンテナンスに便利である。

本発明の他の利点、目的および特徴は、以下の説明にある程度記載され、以下の調査および研究に基づいて当業者にある程度自明であるか、または、本発明の実施から教示され得る。
本発明の目的および他の利点は、以下の明細書によって実現および達成することができる。

以下に、本発明の目的、技術的解決策および利点をより明確にするために、添付の図面に参照しながら、本発明の好ましい形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の構成図である。 図２は、図１のＡ部拡大図である。 図３は、図１のＢ部拡大図である。 図４は、浮き輪構造の形式の模式図である。 図５は、浮き輪の分割構造の模式図である。

以下に、本発明の実施形態について特定の具体例によって説明され、当業者は、本明細書に開示された内容から本発明の他の利点および効果を容易に理解することができる。
本発明は、別の特定の実施形態によって実施または適用することができ、本明細書の詳細は、本発明の精神から逸脱することなく、異なる観点および適用に基づいて様々な修正または変さらを行うことができる。
なお、以下の実施の形態に示した図は、本発明の基本的な考え方を概略的に示したものに過ぎず、以下の実施の形態および実施の形態の特徴は、矛盾することなく互いに合わせたことができる。

なお、図面は、例示のためのものであり、実体図ではなく概略図であって、本発明を限定するものと解釈することはできない。
本発明の実施例をよりよく説明するために、図面のいくつかの構成要素は、省略、拡大または縮小されており、実際の製品の寸法を表していない。
当業者には、図面のいくつかの公知の構成およびその説明は、省略されてもよいことが理解されよう。

本発明の実施例の図面における同一または類似の符号は、同一または類似の構成要素に対応する。
なお、本発明の説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「前」、「後」等の用語によって示される方位または位置関係は、図面に示される方位または位置関係に基づくものであり、単に本発明の説明を容易にし、説明を簡略化するためのものであり、示される装置または要素が特定の方位を有し、特定の方位で構成され、動作しなければならないことを示す、または示唆するものではないことを理解すべきであり、したがって、図面に示される位置関係を示す用語は、例示のためにのみ使用され、本発明を限定するものとして理解されず、当業者は、状況に応じて上記用語の特定の意味を理解することができる。

図１は、改良型窒素シール構造を持つ高炉の原料装入装置である。
まず、装入装置本体１およびその伝動構造は、従来の通常構造であり、装入装置本体１は、固定ハウジング１０１と、回転ドラム２と、中央スロート１０３と回転支え１０２などで組み合わせて構成され、装入装置本体１に適用される水冷技術（いわゆる、「密閉水循環システム」と「開放式水循環システム」とを含む)も、公知の技術手段であるため、本発明では詳しく説明しない。
次に、本発明の窒素シール構造に対する改良方法は、上述の従来の高炉の原料装入装置に適用することができる。

以下に、図面と併せて、窒素シール構造の改良方法について詳しく説明する。

改良した窒素シール構造を有する高炉の原料装入装置は、高炉の原料装入装置の基本構成要素である、固定ハウジング１０１と、回転ドラム２と、中央スロート１０３とを含み、回転ドラム２は、回転支え１０２によって固定ハウジング１０１の内部の上方に取り付けされ、回転支え１０２によって回転中心（この回転中心は、高炉中心でもある）を囲んで回転させ、中央スロート１０３の上部は、固定ハウジング１０１の上方の環状中央口と締結されている。
ここでの回転ドラム２は、主に、内輪円筒２０１と底板２０２と外輪円筒２０３とからなり、底板２０２は、円状の円盤であり、円筒状を呈する内輪円筒２０１は、底板２０２の上端面に設置して底板２０２の内輪側に位置され、円筒状を呈する外輪円筒２０３は、底板２０２の下端面に設置して底板の外輪側に位置されている。
なお、前述した内輪側とは、底板２０２における中央スロート１０３に近い側を指し、これに対し、底板２０２の外輪側は、中央スロート１０３から離れている。

本発明では、回転ドラム２の内輪円筒２０１の対応する領域および外輪円筒２０３の対応する領域は、すべて同じシール構造を採用し、これは、本発明の主な改良点である。

回転ドラム２の内輪円筒２０１の対応する領域では、中央スロート１０３と回転ドラム２の内輪円筒２０１との間に形成された環状スリットに中央固定円筒３が着脱可能に取り付けされている。
この中央固定円筒３は、独立して設けられた部品であり、回転支え１０２の内輪、中央スロート１０３および固定ハウジング１０１は、いずれも固定部材であるため、連結部材（フランジ、ボルトなど）によって回転支え１０２の内輪または中央スロート１０３若しくは固定ハウジング１０１に固定することができ、これらの部分と一体に形成されることで、加工、取付けが容易になるだけでなく、摩耗部品の交換修理にも有利である。

内輪円筒２０１と中央固定円筒３との間に環状気室ＩＣ２が形成され、中央固定円筒３の外周面にショルダＩ４０５が装着し、ショルダＩ４０５の外周面と内輪円筒２０１との間に環状スリットＩ４０６を有し、前記ショルダＩ４０５は、中央間座（スペーサ）として環状気室ＩＣ２を上気室Ｉ４０７と下気室Ｉ４０８との両部分に分割し、上気室Ｉ４０７と下気室Ｉ４０８とは、環状スリットＩ４０６によって連通される。

中央固定円筒３のショルダＩ４０５の上方に中央下浮き輪４０３が配置され、中央下浮き輪４０３に中央上浮き輪４０４が自由に載置され、中央下浮き輪４０３に下合せ面ＩＳ０が設けられ、中央上浮き輪４０４に下合せ面ＩＳ０と合わせた上合せ面ＩＳ１が対応して設けられ、上合せ面ＩＳ１と下合せ面ＩＳ０のうち少なくとも１つは、凸の環状曲面であって上下両合せ面に線接触を形成させる。
ショルダＩ４０５の下方の下気室Ｉ４０８に中央ラビリンス通路４０１、４０２が設けられている。

中央下浮き輪４０３と中央上浮き輪４０４とは、ともに軸方向と円周方向に運動自在である。
このようにして、運動過程において製造誤差に適応できることを確保し、さらに自己適応によって最適な稼働位置を探し出す。

ここで、ショルダＩ４０５、中央下浮き輪４０３、中央上浮き輪４０４および中央ラビリンス通路４０１、４０２は、ともに内輪円筒２０１の対応する領域のシール構造Ｉ４を構成している。
中央間座であるショルダＩ４０５は、中央固定円筒３と締結する構造であり、その直径は、中央固定円筒３より大きく、中央固定円筒３に溶接してもよいし、直接に中央固定円筒３と一体式構造に設計してもよい、即ち、機械加工方法で余分部分を除去する。
これによって、中央固定円筒３は、径方向外へ突出する段差構造を形成し、環状気室ＩＣ２を上下両部分に分割する。
中央ラビリンス通路４０１は、回転ドラム２の内輪円筒２０１の下部に溶接され、中央ラビリンス通路４０２は、中央固定円筒３の下部に溶接され、中央ラビリンス通路４０１と中央ラビリンス通路４０２とは、対となるベローズから構成され、ベローズの断面形状は、ほぼ同様であり、寸法の大きさだけが区別され、かつ、ベローズ形状の波紋の山と谷は、１対１に対応し、中央ラビリンス通路４０１の最小内径（波谷位置）は、中央ラビリンス通路４０２の最大外径(ピーク位置)よりやや小さく、このように、ラビリンス通路の波紋歯状構造に相互に噛み合う構造を有させることで、粉塵の減少と損傷耐性の効果を高める効果を有するだけでなく、同時に波紋の弾力性を利用して取り付け（取り付け時に山や谷を越えないよう）を実現でき、稼働する時に干渉を生じず、対応に設置する２つのベローズは、稼働する時に蛇形通路Ｃ４を形成する。

中央下浮き輪４０３が中央固定円筒３の外円柱面に配置されて遊動嵌合であり、中央下浮き輪４０３の軸方向の規制は、ショルダＩ４０５の上面によって実現され、中央下浮き輪４０３の下面とショルダＩ４０５の上面は平面であって自在に接触である。
図２に示すように、中央下浮き輪４０３の左上隅は、下合わせ面ＩＳ０であり、下合わせ面ＩＳ０は、断面が傾斜したテーパ環状面として設定できる。
中央上浮き輪４０４の右下隅は、上合わせ面ＩＳ１であり、断面が凸円弧の環状面に設定できる。
中央上浮き輪４０４は、下浮き輪の接触面Ｓ０によって支持され、その軸方向移動を規制する。
中央上浮き輪４０４の外円柱面と回転ドラムの内輪円筒２０１の内円柱面とは、遊動嵌合である。

同様に、固定ハウジング１０１の下方に固定ショートチューブ６が設けられ、固定ショートチューブ６に配置された外輪円筒２０３と固定ショートチューブ６との間には、環状の気室ＩＩＣ３が形成されている。

外輪円筒２０３の外周面にショルダＩＩ５０５が設けられ、ショルダＩＩ５０５の外周面と固定ショートチューブ６との間に環状スリットＩＩ５０６を有し、ショルダＩＩ５０５は、外輪間座として環状気室ＩＩＣ３を上気室ＩＩ５０７と下気室ＩＩ５０８との両部分に分割し、上気室ＩＩ５０７と下気室ＩＩ５０８とは、環状スリットＩＩ５０６によって連通されている。

外輪円筒２０３のショルダＩＩ５０５の上方に外輪下浮き輪５０３が配置され、外輪下浮き輪５０３に外輪上浮き輪５０４が自由に載置し、外輪下浮き輪５０３に下合せ面ＩＩＳ３が設けられ、外輪上浮き輪５０４に下合せ面ＩＩＳ３と合わせた上合せ面ＩＩＳ４が対応して設けられ、上合せ面ＩＩＳ４と下合せ面ＩＩＳ３のうち少なくとも１つは、凸の環状曲面であって上下両合せ面に線接触を形成させる。
ショルダＩＩ５０５の下方の下気室ＩＩ５０８に外輪ラビリンス通路５０１、５０２が設けられている。

外輪円筒２０３の対応する領域のシール構造ＩＩ５は、シール構造Ｉ４の構造要素と同じで、シール構造ＩＩ５は、ショルダＩＩ５０５と外輪下浮き輪５０３と外輪上浮き輪５０４と外輪ラビリンス環５０１、５０２とで共同に構成される。
固定ショートチューブ６は、固定ハウジング１０１の下フランジ部に溶接され、回転ドラム２の外輪円筒２０３は、溶接またはボルトで底板２０２の下面に接続される。
外輪間座としてのショルダＩＩ５０５は、外輪円筒２０３と締結された構造であり、その直径は、外輪円筒２０３よりも大きく、溶接を採用してもよいし、あるいは、外輪円筒２０３と一体に設けてもよい。
このようにして、外輪円筒２０３は、径方向外へ突出する段差構造を形成することで環状気室ＩＩＣ３を上下両部分に分割する。
図１、図３に示すように、シール構造ＩＩ５の残りの部分は、シール構造Ｉ４と同様であり、ここでは、繰り返し説明しない。

好ましくは、環状気室ＩＣ２には、上気室Ｉ４０７の幅が下気室Ｉ４０８の幅よりも大きく、下気室Ｉ４０８の幅が環状スリットＩ４０６のリ幅よりも大きい。
同様に、環状気室ＩＩＣ３において、上気室ＩＩ５０７の幅は、下気室ＩＩ５０８の幅より大きく、下気室ＩＩ５０８の幅は、環状スリットＩＩ５０６の幅より大きい。

２つの合わせた浮き輪は、いくつかの構造形式があり、中央下浮き輪４０３と中央上浮き輪４０４にとって、一つの形式は、上合せ面ＩＳ１と下合せ面ＩＳ０とがともに凸の環状曲面である。
もう一つの形式は、上合わせ面ＩＳ１と下合わせ面ＩＳ０のうち１つは、凸の環状曲面であり、もう１つは、凸の環状曲面に合わせた斜面（つまり、円錐環状面）である。
二つの形式は、上合わせ面ＩＳ１と下合わせ面ＩＳ０のうち１つは、凸の環状曲面であり、もう１つは、凸の環状曲面に合わせた凹の環状曲面である。
外輪下浮き輪５０３と外輪上浮き輪５０４に対しても、同様に上記の幾つの状況を含み、すなわち、上合せ面ＩＩＳ４と下合せ面ＩＩＳ３は、いずれも凸の環状曲面であり、または、上合せ面ＩＩＳ４と下合せ面ＩＩＳ３のうち１つは、凸の環状曲面と合わせた斜面であり、または、上合せ面ＩＩＳ４と下合せ面ＩＩＳ３のうち１つは、凸の環状曲面と合わせた凹の環状曲面である。
ただし、凸の環状曲面を凹の環状曲面と合わせた場合、凹の環状曲面の曲率半径は、凸の環状曲面の曲率半径よりも大きくすれば、線接触が可能になる。

より好ましくは、本発明では、上合せ面ＩＳ１と下合せ面ＩＳ０に、さらに上合せ面ＩＩＳ４と下合せ面ＩＩＳ３に耐摩耗材を設置する。
浮き輪の相互接触面を耐摩耗材質に設定し、または、接触面の部分位置の環状面に耐摩耗層を埋め、または、浮き輪全体または一部に耐摩耗材質を採用すれば、いずれも浮き輪の耐用年数を大幅に延長することができる。
ここで特に提案されているグラファイト材料は、好ましいであるが、セラミック材料のような他の材料も許容されており、材料の選択においては、その製造加工の利便性を考慮する必要があることに加えて、高温に耐え、熱変形が少ないという特性を有するべきである。

図４は、中央下側浮き輪４０３の下合わせ面ＩＳ０上の接触線近傍に、下合わせ面ＩＳ０に環状溝を加工した後、超硬合金を肉盛溶接して形成した下浮き輪耐摩耗層４０９を埋め込んだ浮き輪構造を示している。
同様に、中央上浮き輪４０４の上合わせ面ＩＳ１に環状溝を加工し、さらに、超硬合金を肉盛溶接することにより、上浮き輪耐摩耗層４１０を形成することができる。

本実施形態では、グラファイトの耐高温、耐摩耗、自己潤滑と加工しやすい特性を充分に利用することができる。
セラミック材料も、優れた代替材料であり、実施する際にセラミックの壊れやすい特徴を考慮する必要がある。
将来の材料技術の発展に従い、他の耐高温、耐摩耗を満たす材料は、すべて上下浮き輪の候補材料とすることができる。

高炉の原料装入装置は、他の設備が有し、その中、原料装入装置本体１の固定ハウジング１０１に原料装入装置の内部キャビティＣ１と連通する原料装入装置の内部キャビティ給気管Ｐ０が設けられ、底板２０２の下面と固定ショートチューブ６の上端面との間に狭い隙間を有し、原料装入装置の内部キャビティＣ１は、隙間によって環状気室ＩＩＣ３の上気室ＩＩ５０７と連通する。
同時に、原料装入装置本体１の固定ハウジング１０１に、もう１つの給気管、即ち、中央気室給気管Ｐ１が設けられている。
固定ハウジング１０１の上方板と中央固定円筒３とは、通気路を有しさらに相互に連通し、前記通気路の外端は、中央気室給気管Ｐ１と連通し、内端は、環状気室ＩＣ２の上気室Ｉ４０７と連通することで、中央気室給気管Ｐ１が環状気室ＩＣ２中に入ることを実現し、中央上浮き輪４０４を圧力かけて吹付けることができる。

着脱を容易にするために、好ましくは、中央上浮き輪４０４、中央下浮き輪４０３、外輪上浮き輪５０４および外輪下浮き輪５０３は、図５に示すように、分割構造の形態であってもよい。
すなわち、（浮き輪）は、直径方向に二分割され、稼働時にはボルトおよび／または位置決めピンにより連結され、着脱時には部分的なボルトおよび／または位置決めピンの操作により実現される。
浮き輪の上面または下面に十分なボルトおよび／またはピンが連結可能な部分溝構造を掘ることによって、連結部材の取り付けを実現することができる。

好ましくは、各浮き輪の合せ面（Ｓ０、Ｓ１、Ｓ３、Ｓ４）の位置に潤滑剤を設置してもよく、潤滑剤の供給流路は、通気路（Ｐ０、Ｐ１）と似ている構造でそれぞれ環状気室（Ｃ２、Ｃ３）の上下浮き輪の合せ面に輸送すればよい。

以下に、本実施例の窒素シール構造を採用する具体的な実施形態について詳しく説明する。

（１）シール構造Ｉ４が環状気室ＩＣ２に設けられ、ショルダＩ４０５によって上下両部分に分割され、上気室Ｉ４０７の一部に下浮き輪耐磨耗層４０９と上浮き輪耐磨耗層４１０とが取り付けされ、下気室Ｉ４０８の一部に中央ラビリンス通路４０１が取り付けされている。
シール構造ＩＩ５が環状気室ＩＩＣ３に設けられ、具体的な構造形式は、シール構造Ｉ４と同様である。

（２）原料装入装置が稼動する時に、環状気室ＩＣ２および環状気室ＩＩＣ３には、それぞれ中央気室給気管Ｐ１および原料装入装置の内部キャビティ給気管Ｐ０からの窒素が通されており、窒素圧力が炉内圧力よりも高くする。

（３）原料装入装置が稼働する初期に、回転ドラムは、回転し、中央上浮き輪４０４と（または）外輪下浮き輪５０３は、回転ドラムとともに回転する場合があるが、加工寸法の誤差のため、一定の位置に回転した後に周方向の詰まりを生じ、浮き輪を周方向の相対的な固定箇所に位置させる恐れがあり、この時、中央下浮き輪４０３および外輪上浮き輪５０４上の合わせ面と相対的にスライドすることによって運動を実現し、中央上浮き輪４０４、外輪上浮き輪５０４は、また軸方向に自由に浮動することができるため、詰まりを終始引き起こさず、かつ、窒素圧力と重力の作用のため、上下浮き輪は、常に接触を保持する。

（４）中央上浮き輪４０４と外輪上浮き輪５０４の外輪円柱面とそれに対向する壁面（内輪円筒２０１の内壁面、固定ショートチューブ６の内壁面）は、加工寸法精度と同心度が非常によいため、比較的に小さい嵌め合い隙間（嵌め合い隙間は、常に保持することが好ましい）を持たせ、このように上下の浮き輪は、稼働中に摺動摩損がなく、相対的に回転ドラムまたは間座に静止的に位置し、このような小さい隙間によって窒素シール効果を大いに高め、窒素消耗を下げることができる。

（５）シール構造Ｉ４、シール構造ＩＩ５のうちの上下の浮き輪が、前記（３）の方式によって運転する場合、原料装入装置の稼動につれて、上下の浮き輪の合せ面は、相互に慣らし、さらに緊密な貼り合わせを実現でき、相互慣らしさせることで合せ面もさらに滑らかである。

（６）シール構造Ｉ４、シール構造ＩＩ５のうちの上下の浮き輪が、前記（４）の方式で運転する場合、長期稼動の熱変形によって浮き輪の周方向の詰まりを生じる可能性があり、この時、上下の浮き輪は、自動的に、（３）の方式で運転し、さらに、（５）の方式へ進入する。

（７）稼働する時、炉内Ｃ０の粉塵と気圧が環状気室ＩＣ２、環状気室ＩＩＣ３に通じると、ラビリンス構造によって粉塵を阻止して気圧を下げることができる。

（８）高炉７の気圧が異常な情況によって突然に上昇する時、中央上浮き輪４０４、外輪上浮き輪５０４を突き上げる可能性があり、この時、炉内Ｃ０と原料装入装置の内部キャビティＣ１の気圧が通じ合うため、中央上浮き輪４０４、外輪上浮き輪５０４は、重力によってすぐに元の位置に戻ることができる。

以上のように、前記窒素シール構造は、構造全体に２つの機能に分けられ、そのうち、高炉の下側位置にラビリンス構造を設置することによって、防塵、粉塵減少の効果を果たすことができるだけでなく、炉内ガスの圧力損傷耐性を高めることができ、上浮き輪のシールに有利な条件を提供する。
一方、原料装入装置の上側位置に互いにあわせる浮き輪が設けられることで、動作中に自己適応性によって常に接触し続けることができ、互いに慣らし運転することによってより緊密な結合を達成することができ、しかも、このような構造は、高精度の製造コストを必要としない。
上部圧力が、高炉の圧力より高いことを保持することによって、浮き輪が一定のシール押圧力を有することを確保でき、よりよいシール効果に達することができる。
浮き輪構造とラビリンス構造は、相まって機能し、浮き輪のシール漏れが少なく、炉内と原料装入装置の内部キャビティのブローバイ現象を減少し、これによって、ガスがラビリンスに対する摩損を減少し、ラビリンス構造は、また粉塵を下げ、減圧でき、浮き輪シールの前端保護とする。

以上、上記の実施形態は、本発明の技術的思想を説明するためのものであって限定するものではなく、好ましい実施形態を参照して本発明を詳細に説明しているが、当業者であれば、本発明の技術的思想および技術的範囲から逸脱することなく、本発明の技術的思想を修正または均等に変更することができ、それらは、本発明の特許請求の範囲に含まれることを理解するであろう。

Ｃ０ 炉内
Ｃ１ 原料装入装置の内部キャビティ
ＩＣ２ 環状気室
ＩＩＣ３ 環状気室
Ｃ４ 蛇形通路
Ｃ５ 蛇形通路
ＩＳ０ 下合せ面
ＩＳ１ 上合せ面
ＩＩＳ３ 下合せ面
ＩＩＳ４ 上合せ面
Ｐ０ 原料装入装置の内部キャビティ給気管
Ｐ１ 中央気室給気管
Ａ０ 高炉中心軸
１ 原料装入装置本体
２ 回転ドラム
３ 中央固定円筒
Ｉ４ シール構造
ＩＩ５ シール構造
６ 固定ショートチューブ
７ 高炉
１０１ 固定ハウジング
１０２ 回転支え
１０３ 中央スロート
２０１ 内輪円筒
２０２ 底板
２０３ 外輪円筒
４０１ 中央ラビリンス通路
４０２ 中央ラビリンス通路
４０３ 中央下浮き輪
４０４ 中央上浮き輪
Ｉ４０５ ショルダ
Ｉ４０６ 環状スリット
Ｉ４０７ 上気室
Ｉ４０８ 下気室
４０９ 下浮き輪耐磨耗層
４１０ 上浮き輪耐磨耗層
５０１ 外輪ラビリンス通路
５０２ 外輪ラビリンス通路
５０３ 外輪下浮き輪
５０４ 外輪上浮き輪
ＩＩ５０５ ショルダ
ＩＩ５０６ 環状スリット
ＩＩ５０７ 上気室
ＩＩ５０８ 下気室

Claims (10)

1. 固定ハウジングと、主に、円筒状を呈する内輪円筒と、円状の円盤である底板と、円筒状を呈する外輪円筒とで構成された回転ドラムと、上部が固定ハウジングの上方の環状中央口に連結する中央スロートとを含む高炉原料装入装置において、
   回転ドラムは、回転支えを介して固定ハウジングの内部の上方に取り付けられるとともに、前記回転支えによって回転中心を囲んで回転し、
   内輪円筒は、底板の内輪側に位置されるように底板の上端面に設置しており、
   外輪円筒は、底板の外輪側に位置されるように底板の下端面に設置しており改良した窒素シール構造を有する、
   中央スロートと回転ドラムの輪円筒との間に形成された環状スリットには、中央固定円筒が着脱可能に取り付けされ、
   内輪円筒と中央固定円筒との間には、環状気室Ｉが形成され、
   中央固定円筒の外周面には、ショルダＩが設けられ、
   ショルダＩの外周面と内輪円筒との間には、環状スリットＩを有し、
   環状気室Ｉは、前記ショルダＩを中央間座（スペーサ）として上気室Ｉと下気室Ｉの両部分になるように分割され、
   上気室Ｉと下気室Ｉとは、環状スリットＩによって連通され、
   中央固定円筒のショルダＩの上方には、中央下浮き輪が配置され、中央下浮き輪には、中央上浮き輪が自由に載置され、中央下浮き輪には、下合せ面Ｉが設けられ、中央上浮き輪には、下合せ面Ｉと合わせた上合せ面Ｉが対応して設けられ、上合せ面Ｉおよび下合せ面Ｉのうち少なくとも１つは、上下両合せ面に線接触を形成させるための凸の環状曲面であり、
   ショルダＩの下方の下気室Ｉには、中央ラビリンス通路が設けられ、
   固定ハウジングの下方には、固定ショートチューブが設けられ、固定ショートチューブ内に設置した外輪円筒と固定ショートチューブとの間には、環状気室ＩＩが形成され、
   外輪円筒の外周面には、ショルダＩＩが設けられ、ショルダＩＩの外周面と固定ショートチューブとの間には、環状スリットＩＩを有し、環状気室ＩＩは、前記ショルダＩＩを外輪間座として上気室ＩＩと下気室ＩＩとの両部分になるように分割され、上気室ＩＩと下気室ＩＩとは、環状スリットＩＩによって連通され、
   外輪円筒のショルダＩＩの上方には、外輪下浮き輪が配置され、外輪下浮き輪には、外輪上浮き輪が自由に載置され、外輪下浮き輪には、下合せ面ＩＩが設けられ、外輪上浮き輪には、下合せ面ＩＩと合わせた上合せ面ＩＩが対応して設けられ、上合せ面ＩＩおよび下合せ面ＩＩのうち少なくとも１つは、上下両合せ面に線接触を形成させるための凸の環状曲面であり、
   ショルダＩＩの下方の下気室ＩＩには、外輪ラビリンス通路が設けられることを特徴とする改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
2. 前記中央固定円筒は、連結部材を介して回転支えまたは中央スロートまたは固定ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
3. 環状気室Ｉでは、上気室Ｉの幅は、下気室Ｉの幅より大きく、下気室Ｉの幅は、環状スリットＩの幅より大きく、
   環状気室ＩＩでは、上気室ＩＩの幅は、下気室ＩＩの幅より大きく、下気室ＩＩの幅は、環状スリットＩＩの幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
4. 上合せ面Ｉと下合せ面Ｉとは、いずれも凸の環状曲面であるか、或いは、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた斜面であるか、或いは、上合せ面Ｉと下合せ面Ｉのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた凹の環状曲面であり、
   上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩは、いずれも凸の環状曲面であるか、或いは、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた斜面であるか、或いは、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩのうち１つは、凸の環状曲面と合わせた凹の環状曲面であることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
5. 凸の環状曲面と凹の環状曲面とが相互に合わせた場合、凹の環状曲面の曲率半径は、凸の環状曲面の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項４に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
6. 上合せ面Ｉと下合せ面Ｉに、上合せ面ＩＩと下合せ面ＩＩに耐摩耗材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
7. 中央上浮き輪、中央下浮き輪、外輪上浮き輪および外輪下浮き輪は、グラファイト材またはセラミック材であることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
8. 環状気室Ｉには、中央上浮き輪を圧力掛けて吹き付ける中央気室給気管が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
9. 固定ショートチューブと底板との間には、環状気室ＩＩの上気室ＩＩを装入装置の内部キャビティに連通させるための隙間を有し、前記原料装入装置の内部キャビティには、原料装入装置の内部キャビティ給気管が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。
10. 中央ラビリンス通路と外輪ラビリンス通路とは、対となって配置されたベローズで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の改良した窒素シール構造を有する高炉原料装入装置。