JP4654305B2

JP4654305B2 - 高炉送風機

Info

Publication number: JP4654305B2
Application number: JP2009118864A
Authority: JP
Inventors: 修二石原; 修一郎小野; 幸光沢井
Original assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Current assignee: Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd; Mitsui E&S Holdings Co Ltd
Priority date: 2009-05-15
Filing date: 2009-05-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2029-05-15
Also published as: JP2010265517A; WO2010131587A1

Description

本発明は、酸素富化された空気を高炉に送風する高炉送風機に係り、特にこのような高炉送風機として使用される軸流圧縮機の構造に関するものである。

高炉に送風される空気は、従来、高炉送風機から吐出される空気に酸素圧縮機から酸素を供給することで作製されていた。しかし、高炉送風機から吐出される空気に酸素を供給すると、高炉送風機の吐出圧力以上に酸素圧縮機から吐出する酸素の圧力を上げる必要があり、エネルギー量の増加とともに安全性に関わるメンテナンスに対して大きな労力を必要としていた。現在、このような問題点を解決するために、高炉送風機が吸入する空気に空気分離装置より酸素を供給し、酸素富化された空気を高炉送風機内で圧縮して吐出側から高炉に送風する方法が採られている。

ここで、高炉送風機は、酸素富化された空気を高炉に送風するために、ケーシング内で回転するロータに設けられた動翼と、ケーシング内に設けられた静翼とにより、酸素富化された空気を圧縮する必要があるため、それぞれの部材が互いに接近して設置されている。このため、酸素富化率が５％を超える空気に暴露された高炉送風機内では、これら接近した鋼製部材同士の接触による火花などを引き金に発火現象が生じるおそれがあり、酸素富化率が５％を超える空気を高炉に送風することができなかった。このため、酸素富化率が５％を超える空気を安全に高炉に供給する高炉送風機が要求されている。

ここで、従来、高炉送風機の吸入側と吐出側の両方に酸素供給ラインを備えることで、酸素富化率が５％を超える空気を高炉に供給することが提案されている（特許文献１）。

特開２００６−２８３０９３号公報

しかしながら、高炉送風機内の発火現象の要因は解決されておらず、高炉送風機内の空気の酸素富化率を制御する必要がある。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、酸素富化された空気中で使用されながらも発火現象を引き起こす要因となる火花の発生を抑制することができる高炉送風機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、酸素富化した空気を吸入して高炉に送風する高炉送風機であって、前記酸素富化した空気中で使用される鋼製部材と、前記鋼製部材の表面上に形成され、他の部材との接触により自らが削られるアブレイダブル材から成る摩擦保護層とを有することを特徴とする高炉送風機を提供するものである。
ここで、前記アブレイダブル材は、窒化ホウ素を含むことを特徴とすることが好ましい。
また、前記摩擦保護層は、さらに、六方晶系の層状結晶構造から成る潤滑材を含むことが好ましい。

さらに、複数の静翼がケーシング本体の内面部の周方向に固定されたケーシングと、複数の動翼が回転軸部材の周方向に固定され前記ケーシング内で回転するロータとを有することが好ましい。
また、前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の動翼の全表面に形成されることが好ましい。
また、前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の動翼において前記ケーシング本体の内面部と対向する先端部の表面上に形成されることが好ましい。
また、前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記ケーシング本体の表面上に形成されることが好ましい。
また、前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の静翼の表面上に形成されることが好ましい。

さらに、円筒形状を有するケーシングと、
前記ケーシング本体の内面部の周方向に設けられた環状のラビリンスリングを有し、
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記ラビリンスリングの内表面上に形成されることが好ましい。

本発明によれば、酸素富化された空気中で使用されながらも発火現象を引き起こす要因となる火花の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態１に係る高炉送風機の構成を表す一部破断斜視断面図である。動翼の全表面に摩擦保護層を形成した実施形態１の高炉送風機を表す部分断面図である。ケーシング本体の内面部と対向する動翼の先端部に摩擦保護層を形成した実施形態１の変形例に係る高炉送風機を表す部分断面図である。ケーシング本体の表面上に摩擦保護層を形成した実施形態２の高炉送風機を表す部分断面図である。静翼の表面上に摩擦保護層を形成した実施形態２の変形例に係る高炉送風機を表す部分断面図である。ケーシングとロータの全表面に摩擦保護層を形成した実施形態２の他の変形例に係る高炉送風機を表す部分断面図である。ラビリンスリングの表面上に摩擦保護層を形成した実施形態３の高炉送風機を表す部分断面図である。

以下に、添付の図面に示す好適な実施形態に基づいて、この発明を詳細に説明する。

実施形態１
図１に、本発明の一実施形態に係る高炉送風機１０の構成を示す。高炉送風機１０は、酸素富化した空気を吸入して高炉に送風する軸流圧縮機であって、内部を酸素富化した空気が流れるケーシング１２と、ケーシング１２の内部に回転可能に設けられたロータ１４とを有している。

ケーシング１２は、鋼で作成された鋼製部材であり、筒状の形状を有するケーシング本体１６と、ケーシング本体１６の内周面上に固定された複数の静翼１８とを有する。
ケーシング本体１６は、軸方向に向かって縮径される内周面を有しており、その内部を酸素富化された空気が流れる（矢印ｘ方向）ものである。複数の静翼１８がケーシング本体１６の内周面上に全周にわたって配置されており、各静翼１８は一定間隔でケーシング本体１６の中心軸に向かって固定されている。このような周方向に沿って固定された複数の静翼１８がケーシング本体１６の軸方向に複数段配列されている。
なお、ケーシング本体１６と静翼１８の構成材料である鋼は、空気抵抗による応力に耐え得る強度を有し、耐熱性を有するものであれば特に限定されず、例えばケーシング本体１６には炭素鋼が用いられ、静翼１８にはステンレス鋼が用いられる。

ロータ１４は、ケーシング１２内において回転可能に設けられた回転軸部材２０と、回転軸部材２０に固定された複数の動翼２２とを有する。
回転軸部材２０は、鋼で作成された鋼製部材であり、軸方向に向かって拡径する円柱状の形状を有し、ケーシング１２内においてケーシング本体１６の中心軸上に延在し、図示しない駆動手段により自らの軸周りに回転する。
動翼２２は、鋼で作成された鋼製部材であり、空気の流れに対して揚力を発生し得る飛行機等の翼と同様の断面形状を有し、複数の動翼２２が回転軸部材２０の外周面上に全周にわたって配置されており、各動翼２２は一定間隔で放射状に固定されている。このような周方向に沿って固定された複数の動翼２２が回転軸部材２０の軸方向に複数段配列されている。複数の動翼２２の回転軸部材２０の軸方向への配列と複数の静翼１８のケーシング本体１６の軸方向への配列は、交互に何段も並べられており、酸素富化された空気を連続的に圧縮して下流方向へ流すように構成されている。
なお、複数の静翼１８および複数の動翼２２の形状および向きは、酸素富化された空気を下流方向へ流すことができれば特に限定されない。また、回転軸部材２０と動翼２２を構成する鋼は、空気抵抗による応力に耐え得る強度を有し、耐熱性を有するものであれば特に限定されず、例えば回転軸部材２０には低合金鋼が用いられ、動翼２２にはステンレス鋼が用いられる。

図２の断面図（空気の流れに直交する方向からの断面図）に示すように、複数の動翼２２の全表面には摩擦保護層２４が形成されている。摩擦保護層２４は、アブレイダブル材から成り、動翼２２が他の部材（ケーシング本体１６等）と接触してもアブレイダブル材が容易に削れることにより摩擦熱を低減し火花の発生を抑制する。
ここで、摩擦保護層２４は、アブレイダブル材から成り、摩擦熱および発火を抑制して耐熱性を有するものであれば特に限定されず、例えば表１に示すような窒化ボロン系サーメットなどが利用できる。

次に、高炉送風機１０を用いて行われる、酸素富化された空気を高炉に送風する時の動作を説明する。

まず、高炉への送風が開始されると、回転軸部材２０がケーシング本体１６の周方向に回転し、それに伴い回転軸部材２０の軸方向に配列された複数の動翼２２も回転することで、高炉送風機１０内のケーシング１２とロータ１４との間に空気の流れが形成される（矢印ｘ方向）。
この状態で、図示しない空気分離装置より導かれた酸素により酸素を富化された空気が、ケーシング本体１６の空気吸入口２６から吸入され、回転軸部材２０に固定された動翼２２の揚力による圧縮とケーシング本体１６に固定された静翼１８による整流（後方の動翼２２の流入角度方向に転向）とを繰り返しながら連続的に圧縮されて下流方向へと流れていく。

ここで、鋼製部材である複数の動翼２２の全表面には、アブレイダブル材から成る摩擦保護層２４が形成されている。このような高炉送風機１０内では、酸素富化された空気を連続的に圧縮する必要があるため、それぞれの部材が互いに接近して設置されており、何らかの不具合によって接近した部材の接触により火花が生じ、高酸素雰囲気下では発火するおそれがあるが、摩擦保護層２４が、動翼２２と他の部材（ケーシング本体や静翼など）との接触による摩擦熱および火花の発生を低減し、発火を抑制することができる。

酸素富化された空気は、連続的に圧縮されて下流方向へ流れていき、ケーシング本体１６の空気排出口２８から高炉へ送風される。

このように、鋼製部材である複数の動翼２２の全表面にアブレイダブル材から成る摩擦保護層２４を形成することで、動翼２２と他の部材との接触による摩擦熱および火花の発生を低減して発火を抑制することができ、高酸素雰囲気下における高炉送風機の運転を安全に行うことができる。

なお、複数の動翼２２において他の鋼製部材と接触のおそれの高い部分の表面上にのみ摩擦保護層２４を形成してもよい。例えば、図３に示すように、複数の動翼２２においてケーシング本体１６の内面部と対向する先端部の表面上に摩擦保護層２４を形成してもよい。

実施形態２
実施形態１の摩擦保護層２４は、複数の動翼２２に形成されているが、その他の鋼製部材において接触のおそれがある部分の表面上に摩擦保護層２４を形成してもよい。例えば、図４に示すように、ケーシング本体１６の表面上に形成してもよく、図５に示すように、複数の静翼１８の表面上に形成してもよい。また、図６に示すように、ケーシング１２およびロータ１４の全表面に形成してもよい。
このように、接触のおそれのある鋼製部材に摩擦保護層２４を形成することで、発火の発生をさらに抑制することができる。

実施形態３
また、請求項１および２においてケーシング本体１６に固定されている静翼の代わりに、図７に示すように、ケーシング１６本体とロータ１４との間をシールして空気の漏れ量を減少させる環状のラビリンスリング３０を、ケーシング本体１６の内面部の周方向に（ロータ１４の外周を取り囲むように）設置し、その内表面上に摩擦保護層２４を形成することで、動翼２２とラビリンスリング３０の接触による摩擦熱および火花の発生を低減し、発火を抑制することができる。なお、ラビリンスリング３０は、鋼で作成された鋼製部材であり、空気の漏れ量を減少させ、耐熱性を有し、空気の応力に耐え得るものであれば特に限定されない。

また、実施形態１〜３の摩擦保護層２４は、六方晶系の層状結晶構造から成る潤滑材をさらに含んでもよい。これにより、鋼製部材同士の接触による発火をさらに抑制することができ、酸素濃度の高い環境であっても安全に高炉への送風を行うことができる。なお、六方晶系の層状結晶構造から成る潤滑材とは、例えば二硫化モリブデンや六方晶窒化ホウ素などが利用できる。

１０高炉送風機
１２ケーシング
１４ロータ
１６ケーシング本体
１８静翼
２０回転軸部材
２２動翼
２４摩擦保護層
２６空気吸入口
２８空気排出口
３０ラビリンスリング

Claims

酸素富化した空気を吸入して高炉に送風する高炉送風機であって、
前記酸素富化した空気中で使用される鋼製部材と、
前記鋼製部材の表面上に形成され、他の部材との接触により自らが削られるアブレイダブル材から成る摩擦保護層とを有することを特徴とする高炉送風機。
前記アブレイダブル材は、窒化ホウ素を含むことを特徴とする請求項１に記載の高炉送風機。
前記摩擦保護層は、さらに、六方晶系の層状結晶構造から成る潤滑材を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の高炉送風機。
さらに、複数の静翼がケーシング本体の内面部の周方向に固定されたケーシングと、複数の動翼が回転軸部材の周方向に固定され前記ケーシング内で回転するロータとを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高炉送風機。
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の動翼の全表面に形成されることを特徴とする請求項４に記載の高炉送風機。
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の動翼において前記ケーシング本体の内面部と対向する先端部の表面上に形成されることを特徴とする請求項４に記載の高炉送風機。
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記ケーシング本体の表面上に形成されることを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の高炉送風機。
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記複数の静翼の表面上に形成されることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の高炉送風機。
さらに、円筒形状を有するケーシングと、
前記ケーシング本体の内面部の周方向に設けられた環状のラビリンスリングを有し、
前記摩擦保護層は、前記酸素富化した空気中で使用される前記ラビリンスリングの内表面上に形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高炉送風機。