JP6588036B2 - 高温液体用バルブ - Google Patents
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Description
本発明は、高温液体、より具体的には、高温の液体金属、または２種以上の金属の高温液体のためのバルブに関する。
物理気相成長（ＰＶＤ）では、金属を蒸発させ、帯鋼などの基板上に堆積させる。この方法において、液体金属または２種以上の金属の液体を真空槽中の蒸発器へ供給し、蒸発させる。ＰＶＤ法、より具体的には、連続的または半連続的なＰＶＤ法において、工業規模では、蒸発器へ定期的に液体金属を供給して、蒸発器から蒸発した分の液体金属を補充する必要がある。
蒸発器への液体金属の供給のために、液体金属の供給導管、該導管と蒸発器の間の加熱管、該管内のフローを遮断および開放するための１つ以上のバルブ、ならびにシステムによっては、液体金属を圧送するための１つ以上のポンプを備える、供給システムが用いられる。液体金属の供給導管は、真空槽の外側に配置される。
ＰＶＤ設備を安全に起動および停止するためには、供給導管および蒸発器中の溶融物間のパイプ内に、バルブが存在することが必要不可欠である。これによって、パイプが空である場合に、真空槽が爆発しないようにする。さらに、停止手順の間に、または緊急事態の場合に、バルブにより、制御された安全な方法で液体金属の供給の遮断をすることができる。
液体金属は、帯鋼に防食性コーティングを施すために用いられ、通常は、ともに液相で非常に反応性の高い金属である、Ｚｎ、またはＺｎおよびＭｇを含む。液体のＺｎＭｇと接触することになるバルブの材料は、この液体金属の腐食作用に耐え得る必要があるばかりでなく、液体金属が該材料へ侵食することにより、遅かれ早かれ該材料を破損させることになるため、そのような侵食を防ぐのに十分な程度に高密度でなければならない。
さらに、バルブの材料がＺｎＭｇに対して耐性があるだけでは不十分である。バルブ材料と余剰の酸素により形成される材料上に存在する酸化物は、バブルが確実に連続的に稼働し続けるのに十分な程度に、液体状のＺｎＭｇに対して安定でなければならない。
本発明の目的は、高温条件下で操作可能な、バルブを提供することである。
本発明の目的は、バルブの材料が、液体金属、より具体的には液体状のＺｎＭｇの腐食作用に対して耐性がある、バルブを提供することである。
本発明の別の目的は、バルブの材料が、材料への液体金属の侵食を防ぐのに十分な程度に高密度である、バルブを提供することである。
本発明の別の目的は、バルブの材料上に形成された酸化物がこのような状況下で安定である、バルブを提供することである。
本発明の第一態様によると、本発明の１つ以上の目的は、バルブ本体と、バルブシートと、注入口および排出口接合部と、流路を備えるバルブ閉鎖部材と、バルブカバー部材と、該バルブ閉鎖部材に接続されたバルブスピンドルとを備える、高温液体用のバルブを提供することにより実現され、該液体へ接触することになるバルブの部品は、高温液体に対して耐性のある材料でコーティングされるか、またはそのような材料から作られている。
適切なバルブを作るために、用いられる材料は液体状または気体状のＺｎＭｇに対して耐性があるのみではなく、これらの材料は好ましくは以下の特性を有することも必要である。
・材料は、ＺｎＭｇの侵食が確実に起こらない程度に十分に高密度である。
・部品上に形成される可能性のある酸化物が、ＺｎＭｇ液体により還元されてはならない。そうでなければ、逐次酸化および還元工程により、材料が損耗する。
・第三に、バルブが操作されるときに、バルブの異なる部品がフレッティングを生じさせてはならない。
・好ましくは、（１または複数の）材料が、耐熱衝撃性である。
・好ましくは、（１または複数の）材料が、４５０〜８５０℃の温度間隔の空気に対して耐性である。
・特定の温度範囲における材料の膨張は、異方性膨張がバルブの機能を妨げないようなものでなければならない。
・最終的に、必要なサイズの材料を得られなければならず、機械加工できなければならない。
・材料は、ＺｎＭｇの侵食が確実に起こらない程度に十分に高密度である。
・部品上に形成される可能性のある酸化物が、ＺｎＭｇ液体により還元されてはならない。そうでなければ、逐次酸化および還元工程により、材料が損耗する。
・第三に、バルブが操作されるときに、バルブの異なる部品がフレッティングを生じさせてはならない。
・好ましくは、（１または複数の）材料が、耐熱衝撃性である。
・好ましくは、（１または複数の）材料が、４５０〜８５０℃の温度間隔の空気に対して耐性である。
・特定の温度範囲における材料の膨張は、異方性膨張がバルブの機能を妨げないようなものでなければならない。
・最終的に、必要なサイズの材料を得られなければならず、機械加工できなければならない。
結果を以下にまとめる。
上記のリストは、バルブを製造する材料の選択のために用いた。
本発明による第一の実施態様において、液体と接触することになるバルブの部品が、グラファイト、ＢＮ、ＺｒＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択されるコーティングを備える、バルブを提供する。コーティングが施される部品は、鋼鉄、ステンレス鋼、青銅、または特定の温度間隔で十分に強固であり、コーティングと破壊的に反応せず、好ましくは大気条件に耐える、任意の他の金属もしくは合金から作られる。
本発明による第二の実施態様において、バルブ閉鎖部材はグラファイトから作られ、バルブ本体は熱間等方圧プレスされた窒化ホウ素（ＨＩＰ ＢＮ）から作られる。グラファイトは、好ましくは、例えば１８％以下の気孔率などの、比較的高い密度等級のグラファイトである。好ましくは、可能な限りグラファイト中の隙間へのＺｎＭｇの侵食を最小限にするために、例えば、１５％もしくは１２％またはそれ未満の気孔率のグラファイトなどの、１８％以下の気孔率のグラファイトを用いる。リストの材料から、これらの材料は、機械加工が極めて容易である。お互いに対して移動可能なＨＩＰ ＢＮから作られたバルブは、フレッティングを示すことが分かった。さらに、ＨＩＰ ＢＮの熱膨張は、非常に異方性であり、高温では操作することのできないバルブをもたらすことになる。ＨＩＰ ＢＮから作られるバルブおよび高密度グラファイト部品は機能することが証明されたが、グラファイトを使用しているためバルブの運転温度は最高５００℃に限定される。
さらに、グラファイトのバルブ閉鎖部材は、少なくとも部分的にＨＩＰ ＢＮにより囲まれ、大気条件下で通常生じるグラファイトの酸化が抑制される。この構造のために、最高８５０℃の温度で、大気条件下でこのバルブを使用することができる。
単一材料の一体型部品を備えるバルブについて、Ａｌ２Ｏ３も用いることができるが、この材料は、耐熱衝撃性が悪いという欠点を有する。また、Ｓｉ３Ｎ４もこの目的のために用いることができるが、この種類のバルブのために求められる寸法に材料を機械加工することが困難である。
本発明の更なる態様によると、バルブカバー部材もまた、ＨＩＰ ＢＮから作られる。ＨＩＰ ＢＮのバルブ本体およびバルブカバー部材について、グラファイトバルブ閉鎖部材は、全ての側面がＨＩＰ ＢＮにより囲まれている。
図面の詳細な説明
バルブは、注入口接合部２、排出口接合部３、およびバルブ閉鎖部材５を収容するバルブシート４を備えるバルブ本体１を備える。バルブ閉鎖部材５は、これらのチャンネルに相当する位置に回転すると、注入口および排出口チャンネルのそれぞれにつながる流路を備える。バルブ閉鎖部材は、バルブカバー部材７を通じて延びるスピンドル６を備え、機械的手段または電気機械的手段により操作することができる。バルブ閉鎖部材５は、ＨＩＰ ＢＮから作られ、バルブ本体１およびバルブカバー部材７は、高密度グラファイトから作られる。
バルブは、注入口接合部２、排出口接合部３、およびバルブ閉鎖部材５を収容するバルブシート４を備えるバルブ本体１を備える。バルブ閉鎖部材５は、これらのチャンネルに相当する位置に回転すると、注入口および排出口チャンネルのそれぞれにつながる流路を備える。バルブ閉鎖部材は、バルブカバー部材７を通じて延びるスピンドル６を備え、機械的手段または電気機械的手段により操作することができる。バルブ閉鎖部材５は、ＨＩＰ ＢＮから作られ、バルブ本体１およびバルブカバー部材７は、高密度グラファイトから作られる。
これは、二方バルブであるが、開示した材料を用いて三方バルブも作ることができる。
Claims (7)
- バルブ本体と、バルブシートと、注入口および排出口接合部と、流路を備えるバルブ閉鎖部材と、バルブカバー部材と、前記バルブ閉鎖部材に接続されたバルブスピンドルと、を備えた高温液体用バルブであって、高温液体と接触することになる前記バルブの部品は、前記高温液体に対して耐性である材料でコーティングが施されるか、または前記材料から作られており、
前記バルブ閉鎖部材はグラファイトから作られ、前記バルブ本体はＨＩＰ ＢＮから作られ、
前記バルブカバー部材は、ＨＩＰ ＢＮから作られる、
高温液体用バルブ。 - 前記コーティングは、グラファイト、ＢＮ、ＺｒＯ、Ａｌ２Ｏ３およびＳｉ３Ｎ４からなる群から選択される、請求項１に記載のバルブ。
- 前記コーティングが施される部品は、鋼鉄、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、黄銅または青銅から作られる、請求項２に記載のバルブ。
- 前記スピンドルは、鉄鋼、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、銅、黄銅または青銅から作られる、請求項１〜３のいずれか一項に記載のバルブ。
- 前記高温液体は、少なくとも１種の金属を含む液体である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のバルブ。
- 前記液体は、液体状のＺｎＭｇである、請求項４に記載のバルブ。
- 前記バルブは不活性ガス雰囲気中で操作される、請求項１〜６のいずれか一項に記載のバルブの操作方法。
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