JP6694553B2 - シャフト炉投入設備用密封バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、シャフト炉（shaft furnace）投入設備用密封バルブ装置に関し、より具体的には、高炉（blast furnace）投入設備における高炉ガス損失を防止するための上部又は下部密封バルブ装置に関する。

ベルレストップ（BELL LESS TOP（登録商標））型のシャフト炉投入設備は、この数十年にわたり産業界で広範に使用されていることが知られている。その設備の初期の事例は、ＵＳ４，０７１，１６６に開示されている。この設備は、一つ以上の中間投入材料貯蔵ホッパーを仕切りまたはエアロックのように作動させることによって、炉口（furnace throat）からの高炉ガスの漏出を最小にしている。この趣旨で、各ホッパーは、ホッパーの入口及び出口それぞれの密封閉鎖のために上部密封バルブと下部密封バルブを有している。ホッパーへの充填中は、下部密封バルブが閉鎖状態で上部密封バルブが開放される。材料がホッパーから炉内に投入される時は、上部密封バルブが閉鎖状態で下部密封バルブが開放される。ＵＳ４，０７１，１６６は、シャッタが単軸のまわりで傾動可能なフラップ型バルブを備えた、一般的に使用されている密封バルブ装置を開示している。この軸の軸心は弁座の平面上にほぼ配置されている。シャッタは開放位置にある材料流路から完全に退出させることを要するので、ＵＳ４，０７１，１６６による装置は、垂直方向に相当なスペースを必要とする。

密封バルブ装置のよりコンパクトな構造は、ＥＰ２０００５４７で提案されており、シャッタを弁座に密封接触する閉鎖位置と弁座から離れた開放位置との間で動かすため、リンク駆動機構が使用されている。リンク駆動機構でシャッタの直線及び旋回運動ができるようにして、シャッタの移動に必要なスペースをより小さくしている。

ＵＳ４，０７１，１６６は、シャッタを動かすために使用されるアクチュエータについて触れていないが、ＥＰ２０００５４７は、アクチュエータが、シャッタが連結された傾動軸(tilting shaft)に回転運動を付与する直線油圧ピストンを包含していることを示唆している。

他の密封バルブ装置がＥＰ２４４９３２７に開示されており、そこでは、シャッタを弁座に密封接触する閉鎖位置と弁座から離れた開放位置間で動かすのに、双対動作シャッタ作動装置が使用されている。ＥＰ２４４９３２７は、ここでもアクチュエータが直線油圧ピストンを包含していることを示唆している。

その直線油圧ピストンの利点は、恒久的に作用する油圧により、密封が常時保証されることである。また、例えばシャフト炉圧のような別の密封圧力が他の圧力源からシャッタに加えられても、シャッタの追加の移動は油圧ピストンにおける利用可能な油圧緩衝により容易に吸収される。しかしながら、そのような油圧ピストンの欠点は、安全上のリスクの原因となり得ると共に定期保守を必要とし、一般的に高価と思われている油圧動力ステーション及び油圧配管が必要であることである。

従って、本発明の目的は、上記欠点を回避できるシャフト炉投入設備用密封バルブ装置を提供することである。この目的は、請求項１に記載された密封バルブ装置により達成される。

本発明は、弁座と協働するシャッタと、シャッタを弁座と密封接触する閉鎖位置と弁座から離れた開放位置間で動かすためのシャッタ作動装置とを包含する、シャフト炉投入設備用密封バルブ装置を提供する。

本発明によれば、シャッタ作動装置は、シャッタに連結された傾動軸と、傾動軸に連結された出力軸を備えた電動モータと、電動モータと関連付けられたブレーキ装置とを包含している。ブレーキ装置は係合時に、電動モータの出力軸の回転を阻止するように構成されている。シャッタ作動装置は、電動モータの出力軸と傾動軸との間に配置された伝達手段を含んでおり、ここで、伝達手段は電動モータの出力軸の回転運動を傾動軸に伝達するように構成されている。伝達手段は、電動モータの出力軸と傾動軸との間で所定の回転許容量を持つように構成されたバックラッシュを包含している。

ホッパーの１つがバルク材をシャフト炉内に供給した後、ホッパーの下部開口にある材料ゲートが閉鎖され、ホッパーをシャフト炉圧から封止するために下部密封バルブをその弁座上へ移動する。
続いて、ホッパーは減圧され、その結果、上部密封バルブを開放することで新しいバルク材がホッパー内に供給できる。一旦ホッパーが減圧されると、シャフト炉とホッパーとの間の圧力差は１から３barの領域内であり、好ましくは１．５から２．５barの領域内である。シャフト炉内のより高い圧力は、シャッタを弁座に押し付ける追加の圧力として作用し、かつシャッタを弁座に向かって容易に移動してより緊密にすることができる。シャッタのこの追加の移動はシャッタの傾動軸に伝達され、それによってシャッタ作動装置に伝達される。シャッタ作動装置が油圧ピストンを包含する先行技術の解決策におけるこの追加の移動は、油圧ピストンにおいて利用可能な油圧緩衝により吸収される。

シャフト炉とホッパーとの間の圧力差によるシャッタの追加の移動は避け難い。従って、シャッタが一旦密封位置になったときに、シャッタ作動装置がシャッタ作動装置の動きを阻止するロック手段を包含することは思いもよらないことと思われる。

しかしながら、これは正に本発明が示唆していることである。実際に、本発明のシャッタ作動装置は、シャッタが一旦密封位置になったときに、電動モータの出力軸の回転を停止させるための、それと関連付けられたブレーキ装置を備えた電動モータを包含している。一旦ブレーキ装置が係合すると、電動モータを止めることができ、したがって電力消費が節約される。さらに、電動モータが止まるので、それが過熱しそれにより損傷が生じる虞がない。

油圧動力の代わりに電力を使用することは、電力は一般的により簡単に利用可能であるという利点がある。高価な油圧動力ステーション及び油圧配管のいずれも備える必要がない。安全上のリスク及び保守コストも低減する。

本発明によれば、シャフト炉とホッパーとの間の圧力差によるシャッタの追加の移動は、電動モータの出力軸と傾動軸間に配置された伝達手段により吸収される。伝達手段は、この回転を電動モータの出力軸に伝達することなしに、傾動軸を所定量だけ回転可能にするのに十分なバックラッシュを持っている。従って、電動モータとブレーキ装置は、シャフト炉とホッパーとの間の圧力差で起こるシャッタの余分な移動で損傷される虞がない。

好ましくは、所定の許容回転量は０．１°と０．５°の間であり、好ましくは０．２５°と０．３５°の間である。その回転は、シャフト炉圧が加わった状態におけるシャッタの十分な移動に備えるものである。

伝達手段は、所要のバックラッシュを提供する歯車機構を包含している。伝達手段は、例えば、遊星歯車、斜歯歯車、かさ歯車または類似物を包含し得る。

有利にも、ブレーキ装置は電動モータブレーキである。

好ましくは、柔軟な密封手段、例えばシリコーン密封リング、スタッフィングボックス、Ｏリングまたは同種のものが、シャッタと弁座との間に配置され、柔軟な密封手段は高圧下で圧縮可能である。柔軟な密封手段は、シャッタの移動を約３ｍｍまで可能にするように構成可能である。

本発明は、シャフト炉投入設備用下部密封バルブハウジングをも提供し、ここで、ハウジングは上述のような密封バルブ装置とハウジングにより支持されかつ密封バルブ装置と協働する弁座とを包含している。

さらに、本発明は、密封バルブが上述の密封バルブ装置を包含するシャフト炉投入設備の密封バルブの作動方法であって、
シャッタを弁座に対して密封接触させるため傾動軸に連結された電動モータを作動し；電動モータの出力軸の回転を停止させるため電動モータを停止しかつブレーキ装置を係合し；
かつシャッタを弁座に対してさらに押し付け、従って傾動軸がさらに回転するように、外圧をシャッタの底部側に加える、
ことを包含する方法を提供する。伝達手段は傾動軸のさらなる回転を吸収し、このさらなる回転を電動モータの出力軸に伝達することがないように構成されている。

従って、一旦シャッタが弁座に対して位置決めされると、電動モータを止めることができ、したがって電動モータの不要なエネルギー消費及び過熱が回避される。伝達手段におけるバックラッシュ又は遊びにより、シャフト炉とホッパーとの間の圧力差によるシャッタの追加の動きは全て伝達手段で吸収され、電動モータ又はブレーキ装置に伝達されない。

次に、本発明の好ましい実施形態を一例として添付図面を参照して説明する。
本発明による密封バルブ装置を備えた下部密封バルブ組立体の斜視図である。 図１の下部密封バルブ組立体の断面図である。

シャフト炉設備は、概して投入材料をシャフト炉内に供給するためにその上部に配置されたシャフト炉投入設備を備えたシャフト炉を包含している。

シャフト炉投入設備は、単一のホッパーを包含してもよい。しかしながら、概して、２つ以上のホッパーが設けられており、一方のホッパーの投入材料がシャフト炉内に供給される間に、他方のホッパーを投入材料で満たすことが出来るようになっている。
当該技術分野でよく知られているように、各ホッパーは、ホッパー出口のところに、ホッパー内に投入材料を保持するため又は投入材料をシャフト炉中に放出するための材料ゲートを包含している。各ホッパーは、さらに、ホッパー入口のところに上部密封バルブが、ホッパー出口のところに下部密封バルブが装備されている。これらの上部及び下部密封バルブは、ホッパー圧を大気及びシャフト炉圧からそれぞれ封止するのに用いられる。

図１及び２は、シャフト炉投入設備の下部密封バルブ組立体２を概略的に表している。

その下部密封バルブ組立体２は、ホッパー出口に連通する入口６と投入材料をシャフト炉内に供給するための分配装置（図示されていない）に連通する出口８とを備えたバルブハウジング４を包含している。ホッパー出口を経てホッパーから受領され、かつバルブハウジング４の入口６を通り抜けた投入材料は、次に出口８を通り抜けて分配装置に到達する。

下部密封バルブ組立体２は、バルブハウジング４の内部に位置している環状の弁座１０と、入口６を密封するために弁座１０と協働するよう適合されたバルブ閉鎖要素又はシャッタ１２を備えた密封バルブ装置１４をさらに包含している。シャッタ１２は、シャッタ１２を弁座１０と接離するように移動するために支持アーム２２によって傾動軸２４に作動的に連結されている。
密封バルブ装置１４は、図１及び２から明らかなように、シャッタ１２を開放位置(図示されていない)と、閉鎖位置との間で動かすように構成されている。シャッタ１２は、実施形態に示されているシャッタ１２と関連付けられた環状の柔軟な密封手段１６をさらに備えている。

密封手段１６は、気密性を提供するために弁座１０の密封面に対して押し付けられるものである。代替的には、密封手段１６は弁座１０に設けてもよい。

密封バルブ装置１４は、電動モータ２６，伝達手段２８及びブレーキ装置３０をさらに包含している。電動モータ２６は、伝達手段２８を介して傾動軸２４と映画的に（cinematically）結合された出力軸（図示されていない）を含んでいる。

電動モータ２６は、傾動軸２４を回転してシャッタ１２を開放位置と閉鎖位置との間で動かすために作動される。開放位置から閉鎖位置への回転は、０°と１００°の間の角度を包含する。

シャッタ１２が閉鎖位置にある時、ブレーキ装置３０が係合し且つ電動モータ２６が切れ、それによりシャッタ１２を閉鎖位置に基本的に維持する。電動モータブレーキでもあり得るブレーキ装置３０は、好ましくは電動モータ２６が切れると同時に始動する。電動モータ２６を切るに当たって、少しの遅れは許容されることが理解されよう。しかしながら、その遅れは、電動モータ２６の過熱を避けるために、数秒を超えるべきではなく、好ましくは２秒を超えるべきではない。同様に、シャッタ１２が開放位置にある時、ブレーキ装置３０を係合することができかつ電動モータ２６を切ることができる。

シャッタ１２が開放又は閉鎖位置に維持されている間は、電動モータ２６に電圧が印加されないので、電動モータ２６の電力消費を低減することができる。電動モータ２６の昇温もまた小さくすることができ、それにより電動モータ２６の追加冷却が回避できる。基本的に、電力はシャッタ１２が開放位置から閉鎖位置に移動するのに必要とされるだけであって、その逆も同様である。

電動モータ２６の出力軸と傾動軸２４との間に配置された伝達手段２８は、電動モータ２６の出力軸と傾動軸２４間で所定の回転許容量を持つように構成されたバックラッシュ又は遊びを包含している。従って、シャッタ１２が閉鎖位置にある時にブレーキ装置３０が係合したとしても、シャッタ１２のある程度の移動は可能である。伝達手段２８は、歯車機構、好ましくは遊星歯車を包含してもよい。

ホッパー内の圧力が低減するとき、シャフト炉とホッパーとの間の圧力差が増大する。この増大した圧力差は、シャッタ１２の底部側３２に作用しかつシャッタ１２を弁座１０に対してより堅固に押し付けて、傾動軸２４の回転運動を生じる。

しかしながら、伝達手段２８により提供されるバックラッシュにより、上述の圧力差により生じた傾動軸２４の回転運動は伝達手段２８で吸収され、電動モータ２６の出力軸又はブレーキ装置３０には伝達されない。従って、傾動軸２４の回転運動が、ブレーキ装置３０で固定された電動モータ２６の出力軸を損傷することは起こり得ない。

２ 下部密封バルブ組立体
４ バルブハウジング
６ 入口
８ 出口
１０ 環状の弁座
１２ シャッタ
１４ 密封バルブ装置
１６ 密封手段
２２ 支持アーム
２４ 傾動軸
２６ 電動モータ
２８ 伝達手段
３０ ブレーキ装置
３２ シャッタの底部側

Claims (8)

1. 弁座と協働するシャッタと、
   前記シャッタを弁座に密封接触する閉鎖位置と弁座から離れた開放位置間で移動させるシャッタ作動装置を包含するシャフト炉投入設備用密封バルブ装置において、
   前記シャッタ作動装置が;
   前記シャッタと連結された傾動軸と、
   前記傾動軸に連結された出力軸を備えている電動モータと、
   前記電動モータと関連付けられたブレーキ装置であって、前記電動モータの前記出力軸の回転を停止するように構成されたブレーキ装置と、
   前記電動モータの前記出力軸と前記傾動軸との間に配置された伝達手段であって、歯車機構、及び前記電動モータの前記出力軸と前記傾動軸との間で前記電動モータの前記出力軸に前記傾動軸の回転を伝達することなしに前記回転の所定の回転許容量を持つように構成されたバックラッシュを包含する伝達手段と
   を包含することを特徴とする、密封バルブ装置。
2. 前記所定の回転許容量が、０．１°と０．５°の間である、請求項１に記載された密封バルブ装置。
3. 前記伝達手段が遊星歯車、斜歯歯車又はかさ歯車を包含している、請求項１又は２に記載された密封バルブ装置。
4. 前記ブレーキ装置が電動モータブレーキである、請求項１乃至３のいずれか１つに記載された密封バルブ装置。
5. 柔軟な密封手段が前記シャッタと前記弁座との間に配置され、前記柔軟な密封手段は高圧下で圧縮可能である、請求項１乃至４のいずれか１つに記載された密封バルブ装置。
6. 前記柔軟な密封手段がシリコーン密封リングである、請求項５に記載された密封バルブ装置。
7. シャフト炉投入設備用下部密封バルブハウジングにおいて、
   前記ハウジングが、
   請求項１乃至６のいずれか１つに記載された密封バルブ装置と、
   前記ハウジングにより支持されかつ前記密封バルブ装置の前記シャッタと協働する弁座とを包含している、密封バルブハウジング。
8. 密封バルブが請求項１乃至６のいずれか１つに記載された密封バルブ装置を包含しているシャフト炉投入設備の密封バルブを作動する方法であって、
   前記シャッタを前記弁座に対して密封接触するため、前記傾動軸に連結された前記電動モータを作動し、
   前記電動モータの前記出力軸の回転を停止するため、前記電動モータを停止しかつブレーキ装置を係合し、
   前記シャッタを前記弁座に対してさらに押し付け、従って前記傾動軸がさらに回転するように、外圧を前記シャッタの底部側に加える、ことを包含し、
   前記伝達手段は傾動軸のさらなる回転を吸収し、このさらなる回転を電動モータの出力軸に伝達することがないよう構成されている、密封バルブを作動する方法。
   

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