JP3105484B2 - 密閉型炉および煙道のシール装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、溶融還元炉や各
所冶金炉やＣＯ、Ｈ₂ などの可燃性流体を取り扱う化学
プラント用反応炉や可燃性流体を通す煙道などの、炉又
は煙道の開閉部の周囲に相対向する外向きのフランジを
備え、両フランジ間をボルトなどの締め具を介して締め
付ける構造の密閉型炉あるいは煙道におけるフランジ間
のシール装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば溶融還元プラントでは、炉修な
どのために、炉を上下に分割したり、炉天井部を取り外
せるような構造にすることがある。この種の炉は通常、
開閉部の周囲に外向きのフランジを備えており、両フラ
ンジ間にノンアスベストシート（耐熱性グランドパッキ
ン）かパイプ式パッキンなどのシール部材を介在させた
うえで、フランジ間を締め具等を介して締め付けること
により密封する構造のものが一般的である。また、この
種の炉で使用されているシール部材は、耐熱性が要求さ
れることが多く、硬質ゴムなどからなる弾性変形しにく
い材質のものがほとんどである。

【０００３】その他の先行技術に、実公平６−３６４７
７号公報に記載のものがある。同公報に記載のシール装
置は、圧着される環状のパッキン（弾性変形しにくいシ
ール部材）により加圧室を形成してその加圧室内に不活
性ガスを圧入する構造からなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のシール装置（上記公報に記載のものを含む）に
は、次のような改良すべき点がある。

【０００５】 上記したパッキンなどの従来のシール
部材は柔軟性を欠くため、一度強く締め付けられると圧
縮変形するので、繰り返し使用するのは無理である。

【０００６】 従来のシール部材は大きな圧下力を加
えて圧縮変形させることによって密着させ、シール機能
を発揮させるので、シール部材を挟み込むフランジの強
度やフランジ同士を締め付けるためのボルト・ナットな
どの締め具の強度を大きくする必要があり、重量が増大
するとともにコストアップになる。

【０００７】 シール部材をフランジ面に密着させる
必要があるため、フランジ面の仕上げ精度を高くしなけ
ればならないが、フランジの外径が１０ｍ以上と大きい
ものになると、機械加工が困難であり、適正な精度を得
にくい。

【０００８】 熱負荷の大きい炉になると、フランジ
が歪むおそれがあり、シール性が悪化する。

【０００９】 上記公報に記載のシール装置は、上記
〜に記載の改良すべき点に加えて、内外二重のパッ
キンのいずれの側からもガス漏れが生じるおそれがある
ために、シールガスの吹き込み量を増やさなければなら
ない。

【００１０】 内外のシール部材間を緊締部材で連結
して使用するので、一方のシール部材が損傷しても両方
とも交換する必要があり、不経済である。

【００１１】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、シール性が良好で、吹き込むべきガス量が少なくて
すみ、しかもシール部材が繰り返し使用に耐え寿命が長
い、密閉型炉および煙道のシール装置を提供することを
目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明にかかるシール装置は、炉又は煙道の開閉部
の周囲に上下に相対向する外向きのフランジを備え、両
フランジ間をボルトなど締め具を介して締め付ける構造
の密閉型炉および煙道のシール装置において、前記フラ
ンジの相対向面間の内周寄りと外周寄りとにそれぞれ環
状のシール部材を配装するとともに、内外の両シール部
材間に前記炉内圧力よりもわずかに高い圧力のガスの供
給路を設け、前記外周寄りのシール部材を、前記ガス供
給路より導入されるガス圧により弾性変形可能な柔軟性
に富む材質にし、 前記外周寄りのシール部材を配装す
る一対のフランジ面に、環状溝をそれぞれ形成し、該シ
ール部材を両方の環状溝に跨がって装入するとともに、
上部フランジから吊下した支持具により環状の防熱板又
は防熱シール材を吊設することによって、前記柔軟性に
富むシール部材の下面側を支持している。

【００１３】上記構成を有するシール装置によれば、外
周側のシール部材は柔軟性に富んで優れた密着性がある
のに加えて、大気圧より高いシール用のガスが外周側シ
ール部材内に供給されることによって、シール部材はフ
ランジ面間に押し付けられて密着されるため、シール性
が高い。なお、内周側のシール部材は外周側に比べて柔
軟性に欠けるのでシール性はやや劣るが、炉内圧（又は
煙道内圧）より高いシール用ガスがシール部材の背面側
に供給されているため、シール部材から炉（又は煙道）
内（以下、単に炉内という）へシール用ガスが流入する
ことはあっても、炉内のガスが内周側のシール部材を通
って漏れ出すことはない。しかも、シール用ガスの圧力
は炉内圧よりもわずかに高くなる程度にしか設定してい
ないので、炉内側へ漏れ出すガス量はわずかであり、供
給するシール用ガスの量を極めて少量に抑えることがで
きる。また、シール用ガス圧の作用によってシール部材
は上下の環状溝の内周面に強く押し付けられて密着する
ので、フランジ間が確実に密封される。そのうえ、締め
具による締め付けは、シール部材が圧縮変形するほど大
きな力で締め付ける必要がないため、締付作業が容易で
あり、またシール部材に作用する圧縮力が従来に比べて
かなり小さくなるので、シール部材の寿命が延び、繰り
返して使用できるようになる。さらに、たとえば下側の
炉の耐火物を補修する際に上側の炉（上下のフランジ
間）を開放したときに、下側の炉内や炉の耐火物などか
らの放射熱を防熱板又は防熱シール材が遮ることによ
り、柔軟性に富むため熱的損傷を受けやすいシール部材
が保護される。

【００１４】

【００１５】

【００１６】請求項２記載のように、前記内周寄りのシ
ール部材も、前記供給路より導入されるガス圧により弾
性変形可能な柔軟性に富む材質にすることができる。こ
の場合に、内周寄りのシール部材のさらに内側に、通常
（弾性変形しにくい）のシール部材を配装することもで
きる。

【００１７】この構成のシール装置によれば、外周側と
同様に弾性変形しやすい柔軟性に富むシール部材を内周
側にも使用したので、内外両方のシール部材がフランジ
面間に押し付けられて密着されるから、シール性が大幅
に向上するうえに、シール部材間の密閉空間（圧力室）
内に供給されるシール用ガスが漏れ出しにくいので、ガ
ス供給量が大幅に削減される。

【００１８】請求項３記載のように、前記環状の防熱板
又は防熱シール材を、前記支持具を介して外部駆動力に
より昇降可能に構成することができる。

【００１９】この構成のシール装置によれば、上側炉
（上下のフランジ間）の開放時に、シール部材を防熱板
とともに上昇させることによって、下側炉とシール部材
との距離が開くとともに、シール部材の下面側を防熱板
でカバーするので、下側炉からの高温の放射熱を受けて
も確実に保護され、シール部材を繰り返し使用すること
ができる。

【００２０】請求項４に記載のように、前記フランジ
に、冷却風吹き出し口を前記柔軟性に富むシール部材の
背面に臨ませて設けるとよい。

【００２１】この構成のシール装置によれば、フランジ
の開放時に冷却風吹き出し口から冷却空気を吹き込んで
シール部材の特に背面側を冷却することにより、シール
部材の熱による損傷が防止される。

【００２２】請求項５に記載のように、前記フランジの
前記柔軟性に富むシール部材付近に、冷却ジャケットを
設けることもできる。

【００２３】この構成のシール装置によれば、フランジ
内の冷却ジャケットに冷却空気や冷却水を流通させるこ
とにより、シール部材を冷却することができるので、シ
ール部材の熱損傷が防止される。

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる密閉型炉の
シール装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。

【００２７】図１はシール装置を溶融還元炉のフランジ
間に適用した本発明の参考例を示す要部の拡大断面図で
ある。

【００２８】図１に示すように、溶融還元炉１は上下方
向に開閉可能に分割されており、上部還元炉１Ａと下部
還元炉１Ｂとの開口部の周囲に外向きのフランジ２・３
がそれぞれ一体に形成されている。上部還元炉１Ａと下
部還元炉１Ｂを構成する鉄皮の内面には、耐火物１ｃが
それぞれ内張りされている。フランジ２・３の内周寄り
には、環状のノンアスベスト製シール部材（例えば、耐
熱性グランドパッキン）６が上部フランジ２の下面又は
下部フランジ３の上面に耐熱性接着剤で貼着されてい
る。またフランジ２・３の外周寄りには環状溝４・５が
相対向してそれぞれ形成され、上下の環状溝４・５に跨
がるように、断面長方形で帯状に連続する環状のシール
部材７が配装されている。このシール部材７は、内側の
シール部材６と違って弾性変形しやすい柔軟性に富むシ
ール部材で、たとえば耐熱性のある（耐熱温度１５０℃
以上）シリコンゴムで形成されている。シール部材７の
外周面の上部付近は上部フランジ２の環状溝４の内周面
に、耐熱性接着剤で溶融還元炉１の開放時に上部フラン
ジ２からシール部材７が落下しない程度に貼着されてい
る。

【００２９】また、上記の内外のシール部材６と７のほ
ぼ中間位置において、上部フランジ２に上下に貫通する
シールガス供給路（吹き込み孔）８が穿設され、供給路
８の上端開口にシールガス供給管８’が接続されてい
る。シールガスとしては通常、窒素ガスなどの不活性ガ
スが使用されるが、本例の場合、溶融還元炉１内の圧力
が３．０ｋｇ／ｃｍ²・Ｇであるので、シールガスの圧力
は炉１の内圧よりわずかに高め、たとえば３．１ｋｇ／
ｃｍ²・Ｇに設定される。そして、フランジ２・３の外周
縁部には断面コの字形の締め具９が、円周方向の全周に
わたるかあるいは円周方向に間隔をあけて装着され、締
め具９に備えられた締付機構（図示せず）を締め付ける
ことによって、フランジ２・３間を緊締できるようにな
っている。

【００３０】上記のようにして参考例のシール装置１０
が構成されるが、このシール装置１０によると、外周側
のシール部材７は柔軟性に富んでおり、大気圧よりかな
り高いシールガスが供給されることにより、上下の環状
溝４・５の内周面に強く押し付けられて密着する。この
結果、フランジ２・３間は確実にシールされる。なお、
内周側のシール部材６のシール性はやや劣るが、シール
ガスが供給されているため、炉１内へシールガスが流入
することはあるが、炉１内の高温（通常、１０００℃以
上）の可燃性ガスがシール部材６の外側へ漏れ出すこと
はない。しかも、シールガスの圧力を炉１の内圧よりも
わずかに（０．１ｋｇ／ｃｍ²・Ｇ）高くしか設定してい
ないので、供給するシールガスの量は極めて低く抑える
ことができる。また、締め具９による締め付けも、従来
と違ってシール部材６が圧縮変形するほど大きな力で締
め付ける必要がなく、すなわち上下の両フランジ２・３
が炉１の内圧（にほぼ等しい圧力）で押し広げられよう
とする力に対抗できる締め付け力があれば十分であるの
で、締め具９による締め付け作業も容易であり、またシ
ール部材６（シール部材７はもちろんのこと）に作用す
る圧下力が従来に比べて小さくなるので、寿命が延びる
だけでなく、シール部材６およびシール部材７の繰り返
しの使用が可能になる。

【００３１】図２はシール装置についての本発明の第２
参考例を示すもので、図１に対応する断面図である。図
２に示すシール装置２０は、たとえば化学プラント用の
炉１内の温度が比較的低い場合に適用されるもので、上
記第１参考例と相違するところは次の点である。すなわ
ち、上記第１参考例のシール装置１０において内周側の
弾性変形しにくいシール部材６に代えて、シール部材７
と同様に弾性変形しやすい柔軟性に富むシール部材１７
を使用したこと、そしてそのために、フランジ２・３の
内周側にも環状溝１４・１５を相対向してそれぞれ形成
し、上下の環状溝１４・１５に跨がるように環状のシー
ル部材１７を配装したことである。また、上下の炉１Ａ
・１Ｂの内面には、耐火物１ｃに代えて耐薬品性物質１
ｄをコーティングしている。なお、上記参考例と共通す
る部材には同一の符号を用いて示し、説明を省略してい
る。

【００３２】図３はシール装置についての本発明の第３
参考例を示すもので、図１に対応する断面図である。図
３に示すシール装置３０は、炉内温度が非常に高いかあ
るいは炉内圧力が非常に高いかする場合に適用されるも
ので、上記第２参考例と相違するところは次の点であ
る。すなわち、上記第２参考例のシール装置２０におい
て、内周側のシール部材１７のさらに内側に、フランジ
２・３の相対向面に浅い環状溝２４・２５を形成し、図
４(ａ)のように厚みの薄いパイプ状の金属製シール部材
２６又は図４(ｂ)のようにノンアスベストシートで被覆
したパイプ状シール部材２９を環状溝２４・２５間に跨
がって配装している。また外周寄りのシール部材２７は
断面略ブーツ形に形成し、上部フランジ２の下面側にだ
け形成した環状溝２８にシール部材２７を装入してい
る。なお、その他の構成は第２参考例のシール装置２０
と共通しているので、共通する部材には同一の符号を用
いて示し、説明を省略している。またパイプ状のシール
部材２６は加圧変形しやすいので、第１参考例のシール
装置１０において、内周側のシール部材６の代わりにパ
イプ状シール部材２６を使用することができる。

【００３３】図５は本発明の第１実施例にかかるシール
装置４０を示すもので、図１に対応するシール部材７の
周辺部の拡大断面図である。図５に示すように、環状の
断面台形状の、柔軟性に富むシール部材３７を上下の環
状溝３４・３５内に配装しているが、シール部材３７の
下側鋭角部を下面側から支持する環状の防熱板３８又は
防熱シール材を、支持杆３９により上部フランジ２から
吊設している。防熱板３８は内面が断熱シート（図示せ
ず）で被覆されており、たとえば下部還元炉１Ｂの耐火
物１ｃの補修等で別の下部還元炉１Ｂに交換する場合に
上部還元炉１Ａを開放した際に、炉の耐火物１ｃなどか
ら放射される放射熱からシール部材３７を保護するもの
である。なお、下部の環状溝３５の内周面３５ａは、シ
ール部材３７および防熱板３８の三角形状の傾斜部に応
じて傾斜させてある。

【００３４】図６は本発明の第２実施例にかかるシール
装置５０を示すもので、図５に対応するシール部材３７
の周辺部の拡大断面図である。第１実施例のシール装置
４０と異なるところは、図６に示すように、上部環状溝
３４の外側に上部フランジ２を貫通する冷却空気の供給
路（冷却風吹き出し口）５１を、シール部材３７の背面
に臨ませて穿設し、フランジ２の開放時に冷却空気を吹
き込んでシール部材３７を冷却することにより、シール
部材３７の熱による損傷を防ぐ機構を加えたことであ
る。さらに、上部フランジ２の環状溝３４の近傍に冷却
ジャケット５２を設けて、冷却空気や冷却水を流通させ
ることにより、シール部材３７の熱損傷を防ぐ機構も加
えている。

【００３５】図７は本発明の第３実施例にかかるシール
装置６０を示すもので、図５に対応するシール部材３７
の周辺部の拡大断面図である。第１実施例のシール装置
４０と異なるところは、図７に示すように、上側の環状
溝３４内の底面にシール部材３７の上部を収納可能な凹
所６１を環状に形成するとともに、防熱板３８の水平リ
ング部３８ａに円周方向に一定間隔（たとえば１ｍ）で
吊持杆６２の下端を取着し、吊持杆６２を上部フランジ
２を貫通して上下方向に摺動自在に配設し、フランジ２
の開放時に吊持杆６２を炉１の上方に配置した牽引機構
（図示せず）により引き上げてシール部材３７を防熱板
３８とともに一斉に上昇させるようにしている。なお、
シール部材３７の昇降は、上記のような機械的手段の代
わりに、吸引機構を用いて行ってもよい。本例のシール
装置６０では、フランジ２の開放時に、柔軟性に富むた
め熱的損傷を受けやすいシール部材３７を防熱板３８と
ともに上昇させて、シール部材３７の上部を環状溝３４
内の凹所６１に収納するとともに、シール部材３７の下
面側を防熱板３８でカバーするので、下部還元炉１Ｂ等
からの高温の放射熱を受けても保護され、繰り返し使用
することができる。

【００３６】上記に本発明にかかるシール装置の各実施
例を示したが、本発明は下記のように実施することもで
きる。

【００３７】(a) 上記実施例では油圧式やネジ式などの
締付機構付きの締め具９により、フランジ２・３間を締
め付けるが、フランジ２・３を貫通するボルトを円周方
向に等間隔に配してナットを螺合したり、フランジ２・
３の一方にネジ孔を設けて他方の貫通孔からボルトを挿
通して締め付けるようにしてもよい。

【００３８】(b) 柔軟性に富むシール部材の材質はシリ
コンゴムに限るものではなく、炉の用途に応じて弾性変
形しやすい天然ゴムや耐熱性のある合成ゴムなどを使用
できる。

【００３９】(c) 上記した溶融還元炉や化学プラント用
炉に限らず、フランジを備えた密閉型炉や煙道であれ
ば、本発明のシール装置を適用できることは言うまでも
ない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明にかかる密閉型炉および煙道のシール装置には、
次のような優れた効果がある。

【００４１】(1) 請求項１の発明では、外周側のシール
部材は柔軟性に富み密着性に優れており、かつ大気圧よ
り高いシール用ガスがシール部材内に供給されるので、
シール部材がフランジ面間に押し付けられて密着される
ので、シール性が高い。

【００４２】また、内周側のシール部材は外周側に比べ
て柔軟性に欠け、シール性はやや劣るが、炉内圧より高
いシール用ガスが内周側のシール部材から炉内へが流入
するので、炉内のガスが内周側のシール部材からフラン
ジ間に侵入することがなく、したがって外周側のシール
部材が炉内ガスの影響を受けることがない。しかも、シ
ール用ガスの圧力は炉内圧よりもわずかに高い程度に設
定しているので、炉内側へ漏れ出すガス量はわずかであ
り、供給するシール用ガスの量を極めて少量に抑えるこ
とができる。

【００４３】さらに、締め具によるフランジ間の締め付
け力を従来に比べて小さくできるので、締付作業が容易
であり、またフランジの歪みも少なくなるうえ、シール
部材に作用する圧縮力が従来に比べてかなり小さくなる
ので、シール部材の寿命が延び、繰り返しの使用が可能
になり、経済的である。

【００４４】そのうえ、シール用ガス圧の作用によって
シール部材は上下の環状溝の内周面に強く押し付けられ
て密着するので、フランジ間が確実に密封され、シール
効果が高い。また、上側炉（フランジ間）を開放したと
きに、下側の炉内や炉の耐火物などからの放射熱を防熱
板又は防熱シール材が遮るので、柔軟性に富むため熱的
損傷を受けやすいシール部材が保護される。

【００４５】(2) 請求項２記載の発明では、外周側と同
様に弾性変形しやすい柔軟性に富むシール部材を内周側
にも使用したので、内外両方のシール部材がフランジ面
間に押し付けられ密着され、シール性が大幅に向上する
うえに、シール部材間の密閉空間内に供給されるシール
用ガスが漏れ出しにくいので、ガス供給量を大幅に削減
できる。

【００４６】(3) 請求項３記載の発明では、上側炉（フ
ランジ間）の開放時に、シール部材を防熱板とともに上
昇させられるので、下側炉からの距離が開くうえに、シ
ール部材の下面側を防熱板がカバーするから、下側炉か
ら高温の熱が放射されてもシール部材が確実に保護さ
れ、シール部材の寿命が延び、繰り返し使用が可能にな
る。

【００４７】(4) 請求項４記載の発明では、フランジの
開放時に冷却風吹き出し口から冷却空気を吹き込んでシ
ール部材の特に背面側を冷却するので、シール部材の熱
による損傷や劣化が防止され、寿命が延びる。

【００４８】(5) 請求項５記載の発明では、フランジ内
の冷却ジャケットに冷却空気や冷却水を流通させること
により、シール部材を冷却することができるので、シー
ル部材の熱による損傷や劣化が一層確実に防止される。

【００４９】

【図面の簡単な説明】

【図１】シール装置を溶融還元炉のフランジ間に適用し
た本発明の第１参考例を示す要部の拡大断面図である。

【図２】本発明にかかるシール装置の第２参考例を示す
もので、図１に対応する断面図である。

【図３】本発明にかかるシール装置の第３参考例を示す
もので、図１に対応する断面図である。

【図４】図４(ａ)は厚みの薄いパイプ状の金属製シール
部材を示す正面図、図４(ｂ)はにノンアスベストシート
で被覆したパイプ状シール部材を示す正面図である。

【図５】本発明の第１実施例にかかるシール装置を示す
もので、図１に対応するシール部材７にの周辺部の拡大
断面図である。

【図６】本発明の第２実施例にかかるシール装置５０を
示すもので、図５に対応するシール部材３７の周辺部の
拡大断面図である。

【図７】本発明の第３実施例にかかるシール装置６０を
示すもので、図５に対応するシール部材３７の周辺部の
拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 溶融還元炉 １Ａ 上部炉 １Ｂ 下部炉 １ｃ 耐火物 ２・３ フランジ ４・５・１４・１５・２４・２５・２８・３４・３５
環状溝 ６ シール部材 ７・１７・２７・３７ シール部材 ８ シールガス供給路（吹き込み孔） ８’シールガス供給管 ９ 締め具 １０・２０・３０・４０・５０・６０ シール装置 ２６・２９ パイプ状シール部材 ３８ 防熱板（防熱シール材） ３９ 支持杆 ５１ 冷却空気供給路（冷却風吹き出し口） ５２ 冷却ジャケット ６１ 凹所 ６２ 吊持杆

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−53715（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−283315（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−146063（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−184397（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭55−48221（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭63−39243（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27D 1/00 F27D 7/06 F27D 17/00 105 F16J 12/00 - 15/56

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉又は煙道の開閉部の周囲に上下に相対
   向する外向きのフランジを備え、両フランジ間をボルト
   など締め具を介して締め付ける構造の密閉型炉および煙
   道のシール装置において、 前記フランジの相対向面間の内周寄りと外周寄りとにそ
   れぞれ環状のシール部材を配装するとともに、内外の両
   シール部材間に前記炉内圧力よりもわずかに高い圧力の
   ガスの供給路を設け、 前記外周寄りのシール部材を、前記ガス供給路より導入
   されるガス圧により弾性変形可能な柔軟性に富む材質に
   し、 前記外周寄りのシール部材を配装する一対のフランジ面
   に、環状溝をそれぞれ形成し、該シール部材を両方の環
   状溝に跨がって装入するとともに、 上部フランジから吊下した支持具により環状の防熱板又
   は防熱シール材を吊設することによって、前記柔軟性に
   富むシール部材の下面側を支持することを 特徴とする密
   閉型炉および煙道のシール装置。
2. 【請求項２】 前記内周寄りのシール部材も、前記供給
   路より導入されるガス圧により弾性変形可能な柔軟性に
   富む材質にした請求項１記載の密閉型炉および煙道のシ
   ール装置。
3. 【請求項３】 前記環状の防熱板又は防熱シール材を、
   前記支持具を介して外部駆動力により昇降可能に構成し
   た請求項１又は２記載の密閉型炉および煙道のシール装
   置。
4. 【請求項４】 前記フランジに、冷却風吹き出し口を前
   記柔軟性に富むシール部材の背面に臨ませて設けた請求
   項１〜３のいずれかに記載の密閉型炉および煙道のシー
   ル装置。
5. 【請求項５】 前記フランジの前記柔軟性に富むシール
   部材付近に、冷却ジャケットを設けた請求項１〜４のい
   ずれかに記載の密閉型炉および煙道のシール装置。