JP5728971B2

JP5728971B2 - 気送配管湾曲部の内壁面摩耗防止方法および内壁面摩耗防止構造

Info

Publication number: JP5728971B2
Application number: JP2011014417A
Authority: JP
Inventors: 孝介森岡
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2015-06-03
Anticipated expiration: 2031-01-26
Also published as: JP2012153491A

Description

本発明は、製鉄業の製銑工場や製鋼工場、およびその周辺設備で使用される種々の粒子を、キャリアガスの送風圧力で搬送（以下、気送という）する配管として使用されるゴムホースの湾曲部（たとえばベンド部，エルボ部等）の内壁面に生じる摩耗を防止する内壁面摩耗防止方法および内壁面摩耗防止構造に関するものである。

製鉄業の製銑工場や製鋼工場、およびその周辺設備では、種々の粒子が製鉄原料として使用されるので、それらの粒子を気送する配管が設置されている。硬い粒子や尖鋭な粒子が大部分を占める製鉄原料を気送すると、粒子が配管の内壁面を削り取って、配管が摩耗する。特に配管の湾曲部では、粒子が遠心力によって配管の曲率半径の大きい側（以下、曲げ外側という）の内壁面に衝突するので、曲げ外側の内壁面が著しく摩耗する。

これに対して、粒子の気送速度を低下させる、あるいは湾曲部の曲率半径を増大する等の対策を講ずれば、配管の湾曲部の内壁面の摩耗を軽減することは可能である。しかし、製鉄原料である粒子の気送速度を低下させると、製銑工場や製鋼工場の稼働率低下を招く。また、立地条件の制約を受けるので、湾曲部の曲率半径を増大することは容易ではない。

そこで、粒子を気送する配管の湾曲部の内壁面の摩耗を防止する技術が検討されている。
たとえば特許文献１には、図５(a)に示すような、内壁面の全周に球状のセラミック（以下、セラミック玉という）を埋設して、内壁面の摩耗を抑制するゴムホースが開示されている。しかし図５(a)に示すゴムホース７を用いて粒子を気送すると、粒子がセラミック玉８を削り取るのは避けられない。ゴムホース７は容易に曲げることができるので、湾曲させて粒子を気送すると、粒子が遠心力によって曲げ外側の内壁面に衝突するので、図５(b)に示すように、配管の湾曲部の曲げ外側のセラミック玉８に摩耗が生じる。このようにしてセラミック玉８の摩耗が進行すると、ゴムホース７を取り換えなければならない。

このようなゴムホース７に対して、内壁面の摩耗をさらに抑制するために、図６(a)に示すような内壁面の全周にセラミック層を形成した鋼管が検討されている。この鋼管９を用いて粒子を気送する場合も、時間が経過するにつれて粒子がセラミック層10を削り取るのは避けられない。特に、鋼管９を湾曲させて粒子を気送すると、粒子が遠心力によって曲げ外側の内壁面に衝突するので、図６(b)に示すように、内壁面の曲げ外側のセラミック層10に摩耗が生じる。このようにしてセラミック層10の摩耗が進行すると、鋼管９を取り換えなければならない。

製鉄原料となる粒子は硬質のものや尖鋭なものが多いために、上記したような、内壁面にセラミック玉を埋設したゴムホース、あるいは内壁面にセラミック層を形成した鋼管を用いた場合でも、湾曲部（特に曲げ外側）の内壁面の摩耗を防止できないので、その取り換え頻度が高くなる。

実開昭64-7527号公報

本発明は、製鉄業の製銑工場や製鋼工場で製鉄原料として使用される種々の粒子（以下、製鉄原料粒子という）を気送する配管として使用されるゴムホースの湾曲部の内壁面の摩耗を防止する方法およびその内壁面摩耗防止構造を提供することを目的とする。

発明者は、製鉄原料粒子を気送する配管の湾曲部の内壁面の摩耗を防止する技術を検討した。そして、製鉄原料粒子の中には磁性を有する粒子（以下、磁性体粒子という）が含まれており、磁性体粒子とその他の粒子との混合物が製鉄原料粒子として気送される、または磁性体粒子（たとえば酸化鉄等）が単体で製鉄原料粒子として気送される点に着目した。

そして磁性体粒子を配管の湾曲部の内壁面、とりわけ湾曲部の曲げ外側の内壁面に磁着させることによって、内壁面の摩耗を防止できることが分かった。つまり、まず配管の内壁面が露出している状態で製鉄原料粒子を気送すると、その製鉄原料粒子中の磁性体粒子が磁石によって内壁面に磁着し、次第に磁着した磁性体粒子によって内壁面が被覆されていくことになり、磁石の磁力の度合いに応じて一定の厚みの被覆層を形成する。この被覆層は順次気送される製鉄原料粒子によって削り取られることがあっても、削り取られた分だけ、また磁力が作用して後続の製鉄原料粒子中に含まれている磁性体粒子によってその部位を再度被覆することになる。このような気送される材料自身を使って被覆する現象をここでは自己被覆（セルフライニング）という。

このように、配管内を気送される製鉄原料粒子自身を使って内壁面を被覆する自己被覆を活用すれば、配管の湾曲部の内壁面の摩耗を防止できることを知見し、本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、磁性体粒子を含む製鉄原料粒子を気送するゴムホースの湾曲部の外壁面に全弧長にわたってドーナツ型の磁石を配設して、磁性体粒子を湾曲部の内壁面の全周に磁着させる気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止方法である。

本発明の内壁面摩耗防止方法は、磁石が複数個配設されることが好ましい。

また、本発明は、磁性体粒子を含む製鉄原料粒子を気送するゴムホースの湾曲部の外壁面に全弧長にわたってドーナツ型の磁石を配設した気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止構造である。
本発明の内壁面摩耗防止構造においては、磁石が複数個配設されることが好ましい。

本発明によれば、製鉄業の製銑工場や製鋼工場で使用する製鉄原料粒子を気送する配管として使用されるゴムホースの湾曲部の内壁面の摩耗を防止することができる。

本発明の参考例として製鉄原料粒子を気送する例を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)はＡ−Ａ矢視の断面を拡大して示す断面図である。本発明の参考例として製鉄原料粒子を気送する他の例を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ矢視の断面を拡大して示す断面図である。本発明を適用して製鉄原料粒子を気送する他の例を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)はＣ−Ｃ矢視の断面を拡大して示す断面図である。本発明の参考例として製鉄原料粒子を気送する他の例を模式的に示す断面図である。従来のセラミック玉を内面に埋設したゴムホースの例を模式的に示す断面図である。従来のセラミック層を内面に形成した鋼管の例を模式的に示す断面図である。

図１(a)は、本発明の参考例として製鉄原料粒子を気送する例を模式的に示す平面図、図１(b)はＡ−Ａ矢視の断面を拡大して示す断面図である。
この参考例では、図１(a)に示すように、製鉄原料粒子１を気送する配管の湾曲部２の外壁面の曲げ外側に磁石３を配設する。磁石３は、永久磁石または電磁石を使用する。電磁石を使用すれば、製鉄原料粒子１の流量，流速あるいは製鉄原料粒子１中の磁性体粒子の割合等に応じて、磁力の度合いを調整することができる。また製鉄原料粒子１の流量，流速等を一定に保持して気送する場合は、磁力が一定な永久磁石を使用すれば良い。

製鉄原料粒子１が配管の湾曲部２内を通過するとき、曲げ外側に向けて遠心力が働くので、製鉄原料粒子１は湾曲部２内の曲げ外側に偏って気送されるが、湾曲部２の外壁面の曲げ外側に磁石３が配設されているので、図１(b)に示すように、製鉄原料粒子１中の磁性体粒子４が湾曲部２の曲げ外側の内壁面に磁着して内壁面を被覆する。
磁石３の極性は、磁性体粒子４を湾曲部２の内壁面に磁着させるために、湾曲部３の曲げ内側から曲げ外側へ向けて磁力を作用させるように設定する。

製鉄原料粒子１の気送を開始した段階では湾曲部２の内壁面は露出しているが、気送される製鉄原料粒子中の磁性体粒子が磁石によって内壁面に磁着し、順次気送されてくる磁性体粒子によって次第に内壁面が被覆されていくことになる。この場合、磁力の度合いに応じて一定の厚みの被覆層を形成するが、この被覆層は順次気送されてくる製鉄原料粒子によって削り取られることがあっても、削り取られた分だけ、また磁力が作用して後続の製鉄原料粒子中に含まれている磁性体粒子によってその部位が再度被覆されることになるために、湾曲部２の内壁面の磁性体粒子による被覆が維持され、内壁面の素地まで磨耗されることはない。

図１(a)には、湾曲部２の全弧長にわたって外壁面の曲げ外側に磁石３を配設する例を示したが、必ずしも全弧長にわたって磁石３を配設する必要はなく、また磁石を複数個に分割して分散配置しても良い。
磁石３の磁力が強すぎる場合は、磁性体粒子４が内壁面に多量に被覆し、湾曲部２が閉塞する惧れがあるため、キャリアガスの流量，磁性体粒子４の流量，湾曲部２内の圧力等を計測して、閉塞の発生を監視することが好ましい。

磁石３として電磁石を使用すれば、磁力を調整することが可能であるから、閉塞が発生する前に磁力を弱めて磁着の度合いを弱めれば、湾曲部２内を気送される後続の製鉄原料粒子１によって被覆層の磁性体粒子４を削り取ることが可能となり、湾曲部２の閉塞を防止することができる。この場合、削り取られた磁性体粒子４は、製鉄原料粒子１中に含まれているものであるから、不純物となるようなものではなく、そのまま製鉄原料粒子と共に気送される。

磁石３として永久磁石を使用する場合には、閉塞が発生する前に、エアーノッカー等の加振装置（図示せず）で湾曲部２を振動させて、磁着した磁性体粒子４を脱落させることによって閉塞を防止できる。
製鉄原料粒子１が全て磁性体粒子４であれば、製鉄原料粒子１に占める磁性体粒子４の割合は100％であり原料割合に変動がないので、製銑工場や製鋼工場の安定操業に都合がよいことになる。

なお、製鉄原料粒子１に磁性体粒子４が含まれない場合には、製鉄原料粒子１を予め静電気で帯電させて気送すれば、磁石３の磁力で湾曲部２の内壁面に磁着するので、内壁面の摩耗を防止できる。また、フェライト等の着磁可能な粒子を製鉄原料粒子１に混合して気送すれば、その着磁可能な粒子が磁性体粒子４と同様の挙動を示すので、湾曲部２の内壁面の摩耗を防止できる。この場合、混合する着磁可能な粒子は、本来の製鉄原料ではないので、気送が終了した後で製鉄原料粒子１から分離する必要がある。

図２は、本発明の参考例として製鉄原料粒子を気送する他の例を模式的に示す図であり、(a)は平面図、(b)はＢ−Ｂ矢視の断面を拡大して示す断面図である。この参考例は、図２(a)に示すように、湾曲部２の外壁面の曲げ外側のみならず、曲率半径の小さい側（以下、曲げ内側という）にも磁石３を配設するものである。したがって、図２(b)に示すように、磁性体粒子４が湾曲部２の内壁面の曲げ外側および曲げ内側に磁着するので、曲げ内側の摩耗も防止できる。ただし、上記図２(a)の例のように、湾曲部２の外壁面の曲げ外側および曲げ内側に磁石３を配設した場合でも、図２(b)に示すように、磁性体粒子４の被覆が不十分な部位（図の上下部）が存在し、その部位の部分的な摩耗が発生し易い。

そこで本発明では、湾曲部２の内壁面の全周にわたって磁性体粒子４を磁着させるために、図３(a)に示すように、湾曲部２の外壁面に全弧長にわたってドーナツ型の磁石５を一定間隔に複数個配設する。このようにすれば、図３(b)に示すように、磁性体粒子４を湾曲部２の内壁面の全周に一様に磁着させることができる。
図３(a)には、ドーナツ型磁石５を湾曲部２に一定間隔で13個配設する例を示したが、本発明では、湾曲部２の内壁面に全弧長にわたって磁性体粒子４を磁着させることができれば、ドーナツ型磁石の個数に特に限定されないことはいうまでもない。

また他の参考例として、湾曲部２の外壁面の内外側に配設することに代えて、湾曲部２に磁石を埋設してもよく、湾曲部２の内壁面近傍に、かつ湾曲部２の全周にわたって埋設するのが好ましい。特に、配管が小径鋼管やゴムホースの場合には、磁性体粒子４を湾曲部２の内壁面の全周に埋設することは容易であり、この場合、湾曲部２の曲げ外側と内側の両方に磁石を埋設した効果が得られる。さらに、ゴムホースの場合には内面に摩耗が生じた後は、ゴムホースをねじる（周方向に回転させる）ことで摩耗箇所を分散させ、より長く使用することが可能である。

なお、この埋め込み磁石は、湾曲部２に埋め込んでおいた磁性素材を配管工事の終了後に着磁させることによって得ることができる。また、予め着磁させた磁性材を埋め込んで配管工事に供してもよい。このような埋め込み磁性素材は、板状、棒状、球状のものでよく、図４には、従来磨耗防止のために埋設されていたセラミック玉に代えて球状の磁性体６を、湾曲部２の内壁面の全周に全弧長にわたって埋設した例を示している。ここで、球状の磁性体６同士がくっついて埋設作業が難しい場合には、磁着していない球状の磁性体６を湾曲部２の内壁面の全周に一様に埋設しておき、後で必要な向きに磁着させることができる。

以上に説明したとおり、本発明では、湾曲部の内壁面に製鉄原料粒子に含まれる磁性体粒子を磁石によって磁着させるので、順次気送されてくる製鉄原料粒子によって磁性体粒子が削り取られることがあっても内壁面の素地まで磨耗されることはない。したがって、エルボ管、湾曲管などの配管を長期間使用でき、その取り換え頻度を大幅に低減することが可能である。

製銑工場の脱珪設備へ酸化鉄粒子を気送する配管として用いられるゴムホース（呼び径40Ａ）の湾曲部に、図３に示すようなドーナツ型磁石を配設して、製鉄原料粒子でかつ磁性体粒子でもある酸化鉄粒子を気送するゴムホースの耐用性を調査した。その手順を以下に説明する。なお、ゴムホースの内面はセラミックで被覆した。
ゴムホースを曲げ半径600mm，曲げ角度90°で湾曲させて湾曲管とした。さらに、ドーナツ型フェライト磁石（外径180mm，内径90mm，厚み20mm，内表面磁束密度1000Ｇ）をゴムホースの外壁面に、取付けピッチ23.6mmで磁石同士が互いに接触しないように40個配設した。磁石の着磁方向は半径方向として、ゴムホースの内壁面全周に酸化鉄粒子を磁着させた。

酸化鉄粒子は、粒径１〜20μｍ，嵩比重1.2，真比重5.0，供給速度10〜200kg／minとし、気送用窒素ガスの圧力1.0MPa，供給速度100〜400Ｎｍ³／hrとした。その結果、ゴムホース内の酸化鉄粒子の速度は23.7〜94.9ｍ／secであった。
このようにして酸化鉄粒子を気送しながら脱珪設備を操業した。湾曲部のゴムホースは、４年間使用した後、新品に取り換えた。これを発明例とする。

一方、従来は、ゴムホースにドーナツ型フェライト磁石を配設せずに酸化鉄粒子を気送しながら脱珪設備を操業していたので、これを従来例とし、その他の条件は発明例と同じである。この従来例の操業では、湾曲部のゴムホースを平均２年間使用した後、新品に取り換えていた。
したがって、本発明例では、湾曲管の寿命が、比較例に比べて２倍に延長されたことになる。

本発明によれば、製鉄業の製銑工場や製鋼工場で使用する製鉄原料粒子を気送する配管として使用されるゴムホースの湾曲部の内壁面の摩耗を防止することができるので、産業上格段の効果を奏する。

１製鉄原料粒子
２配管の湾曲部
３磁石
４磁性体粒子
５ドーナツ型磁石
６埋め込み磁石
７ゴムホース
８セラミック玉
９鋼管
10 セラミック層

Claims

磁性体粒子を含む製鉄原料粒子を気送するゴムホースの湾曲部の外壁面に全弧長にわたってドーナツ型の磁石を配設して、前記磁性体粒子を前記湾曲部の内壁面の全周に磁着させることを特徴とする気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止方法。
前記磁石が複数個配設されることを特徴とする請求項１に記載の気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止方法。
磁性体粒子を含む製鉄原料粒子を気送するゴムホースの湾曲部の外壁面に全弧長にわたってドーナツ型の磁石を配設したことを特徴とする気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止構造。
前記磁石が複数個配設されることを特徴とする請求項３に記載の気送ゴムホース湾曲部の内壁面摩耗防止構造。