JP5708279B2 - ダスト排出二重弁 - Google Patents

Description

本発明は、高炉原料となる焼結鉱を製造する焼結機の、大気圧より低い圧力下において燃焼排ガスと共に同伴されるダストや焼結鉱、原料が落下してくるダストホッパーから、前記ダスト等を排出するダスト排出二重弁に関するものである。

この種の弁の一つが特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された弁は、図５に示すように、弁体１の内側にバケット２を設け、このバケット２に上部から高炉原料を導入する筒３を差し込むと共に、バケット２の外側に、バケット上端２ａより低い位置となる円環状の弁箱弁座５をホッパー４内の頂面から垂下状に配置したものである。なお、本願においては、固定側の弁座を「弁箱弁座」、この弁箱弁座の接触面を「シート面」「シート」と、移動側の弁座を「弁体弁座」、この弁体弁座の接触面を「シール面」「シール」という。

この特許文献１で開示された弁は、アーム６の基端部を回転中心にして先端部に取付けた前記弁体１を上下揺動したときに、傾斜するバケット２からの原料の流下軌跡が、弁箱弁座５のメタルシート５ａに当接すべく弁体１の弁体弁座部に取付けたラバーシール１ａに接触しないよう工夫したものである。従って、弁体１に取付けたラバーシール１ａを原料が擦ることが無く、ラバーシール１ａの寿命延長を図ることができるとされている。

しかしながら、弁体１に取付けたラバーシール１ａは上向きで接触するようになっており、バケット２の上端はシール構造とはなっていない。また、ラバーシール１ａの設置場所は１箇所のみである。この場合、構造上、バケット２とその上部に固定された高炉原料を導入する筒３の下端との間は隙間が必要である。

従って、弁体の閉動作が完了する直前に、上部からダスト等が弁体に飛び跳ねて入ってきた場合は、ダスト等がバケットの外側に廻り込んで弁体に取付けたラバーシールにダスト等を噛み込むおそれがある。ダスト等を噛み込むとシール面が熱や摩耗で損傷してラバーシールに隙間が生じ、この隙間を過大な流速でガスが流通することになって、ラバーシールが摩耗し、密閉性が保てなくなる。

また、ラバーシールは、閉時は水平であり、ダストが堆積しやすい構造となっている。従って、高温のダストがラバーシールに堆積した場合は、熱によってラバーシールが損傷するという問題がある。

また、特許文献２で開示された弁は、弁体の一部又は全部にダスト溜り部を設け、弁箱弁座部分は気体パージにより清浄に保つように構成されている。この弁も、開閉動作時にシート面へのダストの噛み込みを防止することで、より完全に粉粒体とガスを遮断できる。

特許文献２で開示された弁の場合、ダスト溜り部を設けることの効果は、特許文献１に記載されたバケットと同じであり、また、閉動作時に、ダスト溜りの外縁のダストが溜まる面に形成された弁箱弁座のシート面へのダストの噛み込みは無い。しかしながら、ダスト排出時の排出軌跡上に弁箱弁座のシート面があるため、ダストを排出する度に弁箱弁座のシート面をダストが擦って流れ落ち、摩耗を速めることになり、摩耗した場合は密閉性が保てなくなる。

また、特許文献３には、特許文献１に示すバケットの外側にこぼれる粒子が弁体弁座のシール面に流れ込まないよう、その下端が弁箱弁座のシート面の下方に位置するように、可撓性を有する円筒状の遮蔽体を取り付けてダストの噛み込みを防止する弁が開示されている。

この特許文献３のバケットも、特許文献１に記載されている「弁の開閉時に小さな鉱石が落下してきても、一旦バケットに受け入れられるので、弁体弁座のシール面に小さな鉱石が噛み込むことが無い」という効果を奏することは言うまでもない。

しかしながら、特許文献３において、遮蔽体を取り付けてダストの噛み込みを防止しているということは、バケットだけでは弁体弁座のシール面への小さな鉱石の噛み込みを完全に防止できないことを意味していることに他ならない。

つまり、特許文献３の弁が提案されていることより、バケットからの小さな鉱石のこぼれ落ちはあるものとして考えなければならないことは明白であり、その程度が少ないか、多いかによって遮蔽体の必要可否を判断する必要がある。

従って、こぼれ落ちる前提で考えるならば、遮蔽体を設置した特許文献３の弁の場合、こぼれ落ちたものが弁箱弁座のシート面に噛み込むことは防止できても、排出時にダストが弁体弁座のシール面上を流下して落下していくことにより、シール面の摩耗が発生し、密閉性を維持できなくなるという問題があることは言うまでもない。

特許第３９１１３６２号公報 特開２００６−２７５０８１号公報 実開平５−８６０７４号公報

本発明が解決しようとする問題点は、従来の弁の場合、弁体の閉動作が完了する直前に、ダストが飛び跳ねて入ってきた時に、弁体に設けたバケットの外側にダストが廻り込んでシール面を熱や摩耗で損傷させることと、排出時にダストが弁体弁座のシール面上を流下して落下していくことにより、シール面の摩耗が発生し、密閉性を維持できなくなるという点である。

本発明のダスト排出二重弁は、
弁座のシール部にダストが噛み込んでシール面を疵つけたり、排出時にダストの流下によってシール面を摩耗損傷させたりしないようにするために、
焼結機の移動パレット下方に配置されたウインドボックス、下降管、主排ガスダクトを経由して落下する鉄鉱石、焼結鉱粒、ダストを受ける負圧のダストホッパーの下部に設置されたダスト排出弁装置の、第一，第二の弁機構を構成する弁であって、
弁箱の受け入れ開口部に接続された流下筒を開閉可能なように、基端部を支点として先端部が上下揺動すべく弁箱に取付けられたアームの、前記先端部に取付ける弁体を、皿状の球形面の途中から截頭円錐状に開いた突起を形成した形状とし、
この皿状の球形面の外縁部と、弁体が閉状態にあるときにこの外縁部より上方に位置する前記突起の先端に、それぞれ円錐形のシール面を有する円環状の第一と第二の弁体弁座を形成すると共に、
弁体が閉状態にあるときの前記第一と第二の弁体弁座と相対する前記流下筒の位置に、前記第一と第二の弁体弁座の円錐形のシール面に接触するシート面を形成した第一と第二の耐熱・耐摩耗ラバーシートを取付けたことを最も主要な特徴としている。

本発明では、弁体が閉状態にあるときは、ダストが飛び跳ねても、第二の弁体弁座のシール面と第二の耐熱・耐摩耗ラバーシートの接触により、完全にダストのこぼれ落ちが遮断される。従って、第一の弁体弁座のシール面と第一の耐熱・耐摩耗ラバーシートの接触面へダストが侵入することがない。

本発明によれば、第一の弁体弁座のシール面と第一の耐熱・耐摩耗ラバーシートの接触面へダストが侵入することがないので、漏風の発生がなく、長期間に亘ってメンテナンスが不用となって、省電力に寄与することができる。

本発明のダスト排出二重弁を設置するダスト排出弁装置を備えた焼結機の斜視図である。 （ａ）は本発明のダスト排出二重弁を備えたダスト排出弁装置の縦断面図、（ｂ）は本発明のダスト排出二重弁部の拡大図である。 本発明のダスト排出二重弁を開操作した際のダストの流出状態を説明する図である。 本発明のダスト排出二重弁を構成する弁体を示した図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は平面図である。 特許文献１で開示された弁の説明図で、（ａ）は全体の縦断面図、（ｂ）は弁座のシート部の拡大図である。

本発明は、弁体弁座のシール部へのダストの噛み込みや、排出時のダストの流下によりシール面を摩耗損傷しないようにするという目的を、閉状態にある弁体の、それぞれ円錐形のシール面を有する第一と第二の弁体弁座と相対する流下筒の位置に、前記シール面に接触する第一と第二の耐熱・耐摩耗ラバーシートを取付けることで実現した。耐熱・耐摩耗ラバーシートが耐えられない高温の場合は、金属同士の接触でも構わない。

以下、焼結機のダスト排出弁装置を構成する本発明のダスト排出二重弁の実施例を図１〜図４を用いて説明する。

本発明のダスト排出二重弁１１は、例えば図１に示すように、焼結機２１の移動パレット２２の下方に配置されたウインドボックス２３、下降管２４、主排ガスダクト２５を経由して落下する鉄鉱石、焼結鉱粒、ダストを受ける負圧のダストホッパー２６の下部に設置したダスト排出弁装置２７の、第一，第二の弁機構２７ａ，２７ｂを構成するものである。

本発明のダスト排出二重弁１１は、弁箱１２ａ，１２ｂの受け入れ開口部１２ａａ，１２ｂａに接続された流下筒１３を開閉するものであって、基端部１４ａを支点として先端部１４ｂが上下揺動すべく弁箱１２ａ，１２ｂに取付けられたアーム１４の、前記先端部１４ｂに取付ける弁体１５の形状と弁体弁座１６，１７の構成を工夫したものである。

すなわち、本発明では、弁体１５を、皿状の球形面の途中から截頭円錐状となるように開いた突起１５ａを形成した形状としている。

そして、皿状の球形面を外方に延長した外縁部の表面側に、円錐形のシール面１６ａを外周側に有する円環状の第一の弁体弁座１６を形成している。また、弁体１５が閉状態にあるときに、前記外縁部に形成した第一の弁体弁座１６より上方に位置する前記突起１５ａの先端部の外周側に、円錐形のシール面１７ａを有する円環状の第二の弁体弁座１７を形成している。以下、第一の弁体弁座１６のシール面１６ａを第一のシール面１６ａと、第二の弁体弁座１７のシール面１７ａを第二のシール面１７ａという。

一方、弁体１５が前記流下筒１３を閉じたときの前記第一のシール面１６ａと相対する流下筒１３の下端部に、第一のシール面１６ａに接触するシート面を形成した弁箱弁座である第一の耐熱・耐摩耗ラバーシート１８を取付ける。また、弁体１５が流下筒１３を閉じたときの前記第二のシール面１７ａと相対する流下筒１３の内面部に、第二のシール面１７ａに接触するシート面を形成した弁箱弁座である第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９を取付ける。

上記構成からなる本発明のダスト排出二重弁１１では、弁体１５が閉じた状態の場合は、ダストが飛び跳ねても、当該ダストを第二のシール面１７ａと第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９の接触面で遮断するので、第一のシール面１６ａと第一の耐熱・耐摩耗ラバーシート１８の接触面にダストが侵入することがない。

第二のシール面１７ａと第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９の接触面を保護するためには、弁箱１２ａ，１２ｂの受け入れ開口部１２ａａ，１２ｂａにダストを導入すべく、ダストホッパー２６や上方の弁箱１２ａと連接されたスロート２８を、第二のシール面１７ａより下方か近傍まで近づければよい。このような構成により、概ね殆どのダストは第二のシール面１７ａと第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９の接触面への侵入が阻害される。

上記のように、本発明では、第二のシール面１７ａと第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９の接触面で完全にダストのこぼれ落ちを遮断することができるので、第一のシール面１６ａと第一の耐熱・耐摩耗ラバーシート１８の接触面には小粒の塊が飛び跳ねても噛み込むことがない。

また、弁体１５の開動作時は、アーム１４の基端部１４ａを回転中心にして、弁体１５は徐々に回動して傾斜し始めていき、弁体１５の表面に堆積しているダストがその安息角θ1以上の傾斜になったとき、流下し始める（図３参照）。ダストが流下し始めるときには、弁体１５は図３に実線で示すように傾斜しており、第一のシール面１６ａは既に流下の軌跡から隠れて接触しない位置になっているため、ダストの流下によって第一のシール面１６ａが摩耗することがない。

万一、小塊が第二のシール面１７ａと第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート１９の接触面に噛み込んで第二のシール面１７ａの密閉性が維持できなくなったとしても、第一のシール面１６ａと第一の耐熱・耐摩耗ラバーシート１８の接触面が健全であるため、弁全体としては密閉性を維持できることになる。従って、次に工場を停止する保全日に補修すればよいので、運転中の漏風によるエネルギの増大や、電力の悪化などの問題を避けることができる。

上記構成の本発明のダスト排出二重弁を、風量：５６０kNm³／hr、圧力：−１８kPa、排ガス温度：１１０℃、水分：１１％、ダスト濃度：１．０〜２．０g／Nm³の排ガスが生成される焼結機の排ガス系統において、焼結排ガスを排風機へ導入する焼結機下の主排ガスダクトのダストホッパーのダスト排出部に適用した。

ダストホッパーに堆積し、ダスト排出二重弁から排出されるダストは、上方の焼結機パレット台車の火格子（グレートバー：厚み４０mm、長さ３００mm、高さ１００mm程度の鋳鉄製）の隙間から落下してきたものであり、その粒度は、概ね５mm以下である。稀にグレートバーや焼結鉱の塊（□１００mm程度）のものも落下してくるが、弁体は垂直付近まで開くため、弁体に引っかかることなく排出されていた。物理的には、スロートを通過するものであれば、弁体に引っかかることなく通過することができる。

ちなみに、適用したダスト排出二重弁は、下端通過口径が１８０mmのスロートを開閉するもので、ダストの安息角θ1が３３°の５mm以下の粒度を持ったダストが落下してくる焼結機の主排ガスダクトのダストホッパーに適用したものである。この実施例では、弁体が閉状態の場合に、ダストがスロートの下端まで堆積しても、弁体の突起を超えて第二のシール面までダストが堆積、侵入してくることが無いように、第二のシール面の高さよりスロートの下端高さを低くしている。この低くする程度は、後述するように、概ね３０°（θ2）付近までは、ダストが弁体から流出しないような高さとなるように決定する。

次に、弁体の開操作時は、約３０°（θ2）の角度まで開く途中段階は、弁体が閉状態で安息角θ1の３３°で堆積していたダスト山の頂部（図３のＡ部）が斜面を滑り落ちて、弁体が水平時にスロートの影となっていた部分（図３のＢ部）に流入する。

弁体が約３０°（θ2）以上の開度となると、ダストが第二のシール面を超えて流下するようになる。この時、第二のシール面の鉛直線に対する角度θ3は、鉛直もしくは、上方から見て第二のシール面の頂部の影に位置する角度となるようにしている（図２の実施例では１０°）。この関係は、スロートの差し込み深さと第二のシール面の円錐面の角度によって概ね決定されるが、実施例では円錐角を５０°(片側２５°)とした。

また、第一のシール面の位置は、弁開度が３０°の位置で、上方から見て第二のシール面の影に位置するように２２mm（Ｌ）内側になるように配置しており（図３参照）、流下しているダストが第一のシール面に接触しない構造となっている。

適用する本発明のダスト排出二重弁の寸法や形状を上記の値や形状とすることで、第一及び第二のシール面の摩耗が防止され、漏風などの現象を安定して防止することができた。

本発明は、焼結主排ガスダクトのダストホッパーに適用するダスト排出二重弁に限らず、ガス圧力の遮断をしながらダスト等の粒状物を排出するような場所に設置する弁であれば適用可能である。

１１ ダスト排出二重弁
１２ａ，１２ｂ 弁箱
１２ａａ，１２ｂａ 受け入れ開口部
１３ 流下筒
１４ アーム
１４ａ 基端部
１４ｂ 先端部
１５ 弁体
１５ａ 突起
１６ 第一の弁体弁座
１６ａ シール面
１７ 第二の弁体弁座
１７ａ シール面
１８ 第一の耐熱・耐摩耗ラバーシート
１９ 第二の耐熱・耐摩耗ラバーシート
２１ 焼結機
２２ 移動パレット
２３ ウインドボックス
２４ 下降管
２５ 主排ガスダクト
２６ ダストホッパー
２７ ダスト排出弁装置
２７ａ 第一の弁機構
２７ｂ 第二の弁機構

Claims (2)

1. 焼結機の移動パレット下方に配置されたウインドボックス、下降管、主排ガスダクトを経由して落下する鉄鉱石、焼結鉱粒、ダストを受ける負圧のダストホッパーの下部に設置されたダスト排出弁装置の、第一，第二の弁機構を構成する弁であって、
   弁箱の受け入れ開口部に接続された流下筒を開閉可能なように、基端部を支点として先端部が上下揺動すべく弁箱に取付けられたアームの、前記先端部に取付ける弁体を、皿状の球形面の途中から截頭円錐状に開いた突起を形成した形状とし、
   この皿状の球形面の外縁部と、弁体が閉状態にあるときにこの外縁部より上方に位置する前記突起の先端に、それぞれ円錐形のシール面を有する円環状の第一と第二の弁体弁座を形成すると共に、
   弁体が閉状態にあるときの前記第一と第二の弁体弁座と相対する前記流下筒の位置に、前記第一と第二の弁体弁座の円錐形のシール面に接触するシート面を形成した第一と第二の耐熱・耐摩耗ラバーシートを取付けたことを特徴とするダスト排出二重弁。
2. 前記弁体が閉状態から開方向に動作する途中で、前記第二の弁体弁座部から流下し始めたダストが前記第一の弁体弁座に接触しない位置に前記第一の弁体弁座が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のダスト排出二重弁。

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