JP2002321989A - 多孔質焼結体の焼成方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳物砂集塵造粒物のような多孔質焼結体の良
好な焼成を安価に行えるようにすることを課題とする。 【解決手段】 鋳物砂集塵粉造粒物のように焼成原料に
炭素成分が含まれている多孔質焼結体の焼成において、
炉内高温造粒品の中に空気を打ち込んで原料を流動さ
せ、その中に造粒原料を投入して原料に含まれる炭素成
分と空気とを反応させて燃焼させ、この現象を利用して
炉内打ち込み空気量と投入原料とを制御して炉内温度を
維持し、自燃により原料を焼成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳物工場から排出
される鋳物砂集塵粉の造粒品の焼成、あるいは同等の発
熱量を有する造粒品または粒の含有炭素、有機分の除去
に適用される多孔質焼結体の焼成方法およびその装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳物砂集塵粉造粒品、使用後の鋳
物砂の再生、あるいは汚泥廃棄物焼成処理等に使用する
焼成装置、あるいは焼成方法の先行技術として鋳物砂
再生装置（特公昭５６−８６９７号公報）やロータリ
ーキルン、自社技術として特願２０００−１３３３０
０号に提案した多孔質焼結体の焼成方法および装置があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして焼成前の造粒
品は熱灼減量が１０〜４０％程度であり、４００℃以上
の温度と酸素があれば自燃する。したがって上記の公
報に開示の装置を用いれば自燃による加熱焼成は可能で
あるが、焼成温度の制御は不可能で、高温になりすぎて
粒同士が融着し、大きな塊となってしまい、その場合粒
そのものが融けかかっており、気孔が潰れて多孔質焼結
体としての性能が得られなくなる。

【０００４】また前記の公報に開示のものでは次のよ
うな問題点がある。すなわち前記公報には鋳物砂再生装
置が具体的に示されており、これによると使用後の鋳物
砂には有機バインダ樹脂、炭素等を含有しているため、
４００℃以上で自燃すれば有機物の自燃による熱量を加
熱燃焼に活用することは可能ではあるが、 １）風箱が炉の下部にしか設けられておらず、流動層内
部で自燃により粒内部に含まれる炭素分を完全に除去す
ることができない。

【０００５】２）製品の排出をオーバーフローおよび一
次サイクロンで取り出しているが、粒度の大きい製品は
流動および製品排出が困難であり、この形態によっては
焼成することができない。

【０００６】３）流動層の内部で加熱バーナを使用した
場合、内部温度が上昇しすぎて粒同士の融着が発生す
る。

【０００７】などの問題点があって、この方法では焼成
することはできない。

【０００８】これに対し、前記のロータリーキルンを
使用した場合は、鋳物砂に含まれる有機分、炭素分を燃
焼させるとき焼成される粒が空気（酸素）に触れるのは
キルン内の表層のみとなるため、全体の炭素成分を均一
に燃焼させるためにはかなりの時間を要することにな
る。

【０００９】また表層のみの燃焼では炉内の温度維持が
できなくなるため、結局バーナを燃焼させて温度維持を
図ることになり、その結果使用する燃料も相当量が必要
になる。さらに焼成に時間を要することになるため設備
自体もそれに耐え得る大型のものとなってしまう。

【００１０】次に前記の自社の先行技術では、上記種
々の問題点は解消し得た点では問題はないが、炉の排ガ
スを冷却して再利用するため設備費が嵩むという難点が
指摘され、また炉の立ち上げ時には排ガス成分が少ない
ため燃焼が不安定になりやすいということがあった。

【００１１】本発明は上記先行技術が有する問題点をす
べて解消し、原料の良好な焼成を安価な設備により可能
とすることを課題としてなされたものである。

【００１２】すなわち本発明では、熱灼減量分が１０〜
４０％の粒を着火点（６００℃以上）に加熱し、空気を
供給すると自燃して完全断熱状態では１０００℃以上に
温度上昇し、半溶融状態になるが、周りに吸熱するもの
があればそれ程温度上昇する訳はない点に着目し、焼成
前の原料の周りに焼成後の粒を存在させて完全断熱状態
でない環境を作り、その比率を制御することにより焼成
温度を制御し、流動培焼炉において温度を確認しながら
原料投入量をコントロールするようにしたことにある。

【００１３】そこで請求項１に記載の発明は、鋳物砂集
塵粉造粒物のように焼成原料に炭素成分が含まれている
多孔質焼結体の焼成方法において、炉内高温造粒品の中
に空気を打ち込んで原料を流動させ、その中に造粒原料
を投入して原料に含まれる炭素成分と空気とを反応させ
て燃焼させ、この現象を利用して炉内打ち込み空気量と
投入原料とを制御して炉内温度を維持し、自燃により原
料を焼成するようにしたものである。

【００１４】すなわち原料が自燃することから、流動層
の内部温度を６００℃以上に加熱しておけば着火炉内温
度が上昇することを利用して流動層内部で原料と燃焼後
の焼成原料との比率を略一定の割合で保つことにより炉
内温度の維持を図ることにある。したがって原料の比率
が多ければ温度が上昇し、少なければ温度は低下する。
またこの方法により、粒同士の相互温度上昇（完全断熱
状態）を少なくし、粒同士の融着を防止することも可能
となった。

【００１５】請求項２に記載の発明は、前記請求項１に
記載の発明において、１回に投入する原料は重量測定を
行って一定の量を投入し、打ち込み空気量に応じて炉内
に原料を投入する基準時間ピッチを計算し、自動で原料
を投入して炉内温度を制御するようにしたものである。

【００１６】すなわち前記流動層内の原料と焼成後の製
品との比率を一定に保つ制御手段として、重量を測定さ
れた一定量の原料を炉内打ち込み空気量に応じて原料投
入時間間隔を決めるようにしたことにある。この炉内打
ち込み空気量と原料投入量とは比例的な関係があり、実
測経験値から打ち込み空気量に基づいて原料投入時間ピ
ッチが計算により求められる。したがって打ち込み空気
量を測定し、シーケンサで計算した結果を原料投入時間
ピッチとして制御を行うことができる。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記請求項２に
記載の発明において、炉内温度はピーク温度により管理
し、目的温度以下のときは原料投入時間ピッチを短縮
し、目的温度以上のときは原料投入時間ピッチを延長す
ることにより炉内温度補正を行うようにしたものであ
る。

【００１８】上記補正に関しては、前記原料投入時間ピ
ッチだけでは目的温度に対し制御がしにくい点を考慮し
た温度補正を行うもので、目的温度ＴＩとするとき、Ｃ
・（ＴＩ−Ｔ０）、基準時間ピッチ／１０００（Ｃは状
況における補正係数）で与えられ、上記基準時間ピッチ
に上記値をプラスして実際の制御が行われる。

【００１９】請求項４〜６は上記方法を実施するための
装置であり、請求項４は、鋳物砂集塵造粒物のように焼
成原料に炭素成分が含まれている多孔質焼結体の焼成装
置において、竪形に形成され上部に原料投入口および排
ガス排出管を、下部に製品排出部を有する炉体と、炉内
高温造粒品に空気を打ち込んで原料を流動させる空気打
ち込み手段と、投入される原料に含まれる炭素成分と空
気とを反応させる現象を利用して炉内打ち込み空気量と
投入原料とを制御し炉内温度を維持する制御手段とを具
有し、自燃により原料を焼成するようにしたことを特徴
とする。

【００２０】請求項５は、上記請求項４に記載の発明に
おいて、１回に投入する原料の重量測定を行う原料重量
測定手段と、打ち込み空気量に応じて炉内に原料を投入
する基準時間ピッチを演算する演算装置とを備え、自動
で原料を投入して所内温度を制御するようにしたもので
ある。

【００２１】請求項６は、上記請求項５において、炉内
温度をピーク温度に管理し、目的温度以下のときは原料
投入時間ピッチを短縮し、目的温度以上のときは原料投
入時間ピッチを延長することにより炉内温度補正を行う
ようにしたものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態を参照して説明する。

【００２３】図１は本発明の一実施形態を示す構成図
で、炉体１は外板２とその内部に円筒形に構築された耐
火煉瓦３とで構成されており、この炉体１の上部には炉
頂ホッパ４と原料重量測定手段としての計量ホッパ５が
設けられていて、この計量ホッパ５で規定重量に秤量さ
れた原料が既に投入されて燃焼中または燃焼後の原料と
流動状態で混合され、着火されて燃焼する。

【００２４】上記炉頂ホッパ４および計量ホッパ５は、
その下端の排出口がダンパ６，７により開閉されるよう
になっており、このダンパ６，７は油圧シリンダ等の駆
動機構８，９により開閉される。

【００２５】前記炉頂ホッパ４の駆動機構８は、前記計
量ホッパ５が空になったときその状態を検出手段１０が
検出したとき制御部１１により開放動作されて原料を計
量ホッパ５内へ供給し、計量ホッパ５内の原料が規定重
量に達したとき閉じ動作されるようになっている。

【００２６】前記計量ホッパ５の駆動機構９は、タイマ
Ｔ_１の設定に基づいて開閉動作される。

【００２７】また前記炉体１の上部には燃焼排ガスを排
出する排ガス管１２が接続され、この排ガス管１２は集
塵機１３に接続されている。

【００２８】前記炉体１の上下方向中央部および下部に
空気打ち込み口１４，１５が設けられ、これら打ち込み
口１４，１５には空気打ち込み手段１６，１７が設けら
れている。

【００２９】中央部空気打ち込み口１４の空気打ち込み
手段１６は、該打ち込み口１４に接続される打ち込みノ
ズル１８と、このノズル１８へ供給する空気を加熱する
熱風炉１９と、空気を圧送する送風機２０とで構成さ
れ、そのほかこの熱風炉１９から送出される空気の温度
を測定する温度測定器２１が設けられている。

【００３０】この中央部空気打ち込み口１４からは、炉
起動時には約８００℃に加熱した空気を炉内に打ち込ん
で炉体１内の流動ゾーン（Ａ）の内部を予熱し、流動ゾ
ーン（Ａ）の内部が規定の温度に到達した時点で常温空
気に切り替えて炉体１内の原料を攪拌させ、自燃させる
ためのものである。

【００３１】前記下部空気打ち込み口１５の空気打ち込
み手段１７は、該打ち込み口１５に接続される打ち込み
ノズル２２と、このノズル２２へ空気を圧送する送風機
２３とで構成されている。

【００３２】この下部空気打ち込み口１５からは、炉内
の充填均熱ゾーン（Ｂ）より下部の冷却ゾーン（Ｃ）に
原料の着火後に常温の空気を導入して製品と未燃焼の原
料とを攪拌させ、原粒粒間の焼結を抑制させながら自燃
させるとともに製品の冷却を兼ねるためのものである。

【００３３】なお着火手段としては、バーナ、または熱
風供給による昇温を含む。また前記送風機２０、２３
は、操業条件により１基および／または２基で稼動させ
ることも可能である。

【００３４】前記炉体１の下端には切り出しダンパ２４
が設けられている。この切り出しダンパ２４は、炉底に
形成された複数のスリット状の排出孔２５，２５…と、
この排出孔を開閉する開閉板２６と、この開閉板２６を
押し引きして前記排出孔２５，２５…を開閉させる油圧
シリンダ等の駆動機構２７とで構成されており、この切
り出しダンパ２４の１回の作動で一定量の排出ができる
ようになっている。そして上記駆動機構２７はタイマＴ
_２の設定時間に基づいて開閉駆動される。

【００３５】前記切り出しダンパ２４の下部には製品排
出部２８が設けられている。この製品排出部２８は、炉
体１の下部に連設されたホッパ２９と、このホッパ２９
の下端に設けられたバルブ３０（ボールバルブ）と、こ
のバルブ３０を開閉させる油圧シリンダ等の駆動機構３
１とで構成され、このバルブ３０を開けることにより焼
成された製品を炉外に排出させることができるように構
成されている。そして製品排出時以外の時間帯において
は炉内ガスが炉下にリークしないようになっている。そ
して前記駆動機構３１はタイマＴ_３の設定時間に基づい
て開閉駆動される。

【００３６】前記炉体１の側部からは、炉内温度測定用
検出器３２（熱電対）が炉体１内に向けて挿着され、こ
れとは別に炉内原料の充填レベルを検出する炉内レベル
検出器３３，３３が設置されている。

【００３７】演算装置３４は、炉内温度と原料の投入と
を制御するもので、第１段階として空気打ち込み手段１
６により打ち込まれた風量を測定し、投入ピッチ時間を
演算して決定する。次に炉内温度測定用検出器３２によ
りピーク温度を測定し、設定温度との偏差を計算し、そ
の計算結果に基づいて前記投入ピッチ時間に補正をかけ
る。この補正のかかった時間が次回バッチの投入ピッチ
時間Ｔ_１としてセットされる。

【００３８】上記投入ピッチ時間Ｔ_１は、炉内に原料が
投入される瞬間に起動し、時間Ｔ_１がタイムアップした
瞬間に次の投入指令が出される。この投入指令が出され
たとき前記Ｔ_１はリセットされ、次のＴ_１がセットされ
る。

【００３９】前記Ｔ_２はＴ_１−（一定時間）と定められ
ており、Ｔ_１とＴ_２とは同時に起動する。

【００４０】Ｔ_２がタイムアップしたとき切り出しダン
パ２４を開閉させて焼成された一定量の原料を切り出
し、次いでバルブ３０を開閉させて焼成原料を炉体１か
ら排出させる。

【００４１】計量ホッパ５が空になると投入ダンパ７が
閉じ、制御部１１によりダンパ６を開いて炉頂ホッパ４
から原料が計量ホッパ５に供給される。

【００４２】投入された原料は、既に投入されて燃焼中
または燃焼後の原料と流動状態で混合され、着火して燃
焼を始める。また燃焼による排ガスは排ガス管１２を通
じ冷却後集塵機１３へ送られる。

【００４３】上記作用を繰り返して行なうよう制御され
る。

【００４４】図２は上記運転のフローチャートを示す。

【００４５】まず焼成に先立って焼成済みの原料を炉内
の流動層まで投入する（ステップＳ _１）。なお前回の運
転で流動層まで焼成済み原料が充填されている場合には
この投入は省略する。ここにおける焼成済み原料とは、
炉において焼成を済ませ、原料中のカーボンが燃焼して
０％になったものである。

【００４６】次いでバーナを点火し（ステップＳ_２）、
熱風を流動層Ａに送って流動層中の焼成済み原料を加熱
する。

【００４７】次いで焼成可能温度に到達したか否かがチ
ェックされ（ステップＳ_３）、到達していれば焼成条件
に基づく風量を空気打ち込み手段により打ち込む（ステ
ップＳ_４）と同時に計量ホッパ５に原料を充填し（ステ
ップＳ_５）、計量された原料を炉内に投入する（ステッ
プＳ_６）。

【００４８】これにより原料中のカーボンに着火して燃
焼し、炉内温度が上昇する。この着火状況は炉体に取り
付けてあるモニタで監視し、炉内で火炎があがるのを確
認してバーナを消火する（ステップＳ_７）。また着火が
確認されたのちは熱風の送風を止め、冷風の送風に切り
換える。

【００４９】こうしたのち計量ホッパ５のダンパ７を開
けて原料の投入を行う（ステップＳ _８）。この投入は設
定回数分定められた時間で投入のみを行う。これにより
炉内温度が上昇し、制御可能な温度域に到達する。

【００５０】炉内ピーク温度を確認し（ステップ
Ｓ_９）、初期投入完了後投入風量より計算された基準ピ
ッチ時間および炉内ピーク温度と設定温度との偏差から
割り出した補正ピッチ時間により切り出し（ステップＳ
_１０、Ｓ_１１）と投入（ステップＳ _８）が繰り返され
る。

【００５１】一方、計量ホッパ５が空になったのちは、
炉頂ホッパ４のダンパ６を開閉して計量ホッパ５内に規
定重量の原料を投入して準備しておく（ステップ
Ｓ_１２）。

【００５２】一連の焼成が完了したときは、終了ボタン
を押して一連のサイクルを停止させ（ステップ
Ｓ_１３）、炉内を冷却し、操業を終了する。

【００５３】前記空気の打ち込みに関して補足すれば、
表１に示すように原料の平均粒径に対する空気量が設定
される。

【００５４】 ［表１］ 原料の平均粒径 空気量 原料投入量 １回の投入量 投入回数 （mm） （Nm ^３ /m ^２ ・hr） (kg/m ^２ ・hr） （kg/回） （回） １ ９７０ ３６８ ４０ ９．２ ３ １５８０ ４３２ ４０ １０．８ ５ ２２３０ ５６２ ４０ １４．１ 注；炉の横断面積２．７ｍ^２ また原料については、自燃による原料の燃焼（燃焼温度
７００℃〜９００℃が最良温度）を効率よく行うために
時間当たりの原料投入量が設定される。この場合、原料
の平均粒径が大きいほど単位時間当たりに多くの原料処
理ができる。また炉の断面積の大きさにより各粒径の原
料が流動する風量（空気量）および時間当りの原料投入
量が決定され、１回当りの原料投入量が設定される。例
えば炉の面積が２．７ｍ^２の場合には１回当りの原料投
入量は４０kgが適量となる。

【００５５】原料の時間当りの投入回数は、時間当りの
原料の投入量を１回の原料投入量で除した回数が投入回
数の目安となる。

【００５６】原料の投入時期（投入タイミング）は、図
３に示すように炉内温度がピーク温度ｔを過ぎた時点か
ら投入をスタートさせる。

【００５７】また１回の焼成が終了して焼成原料が排出
されたのち一定量の原料の投入が行われるが、この場
合、処理済み原料の排出量と原料充填量とのバランスを
炉内のレベル検出器３３、３３で検出し、炉内レベルが
高いときは２回排出１回投入、炉内レベルが低いときは
排出なしで１回投入の制御がなされる。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、炉
内温度を確認しながら原料の投入量をコントロールする
ことにより炉内温度を所定値に保つようにしたので、炉
内温度を一定値に維持して良好な焼成を行なうことがで
きる。

【００５９】また自燃を利用して炉内温度を維持し、焼
成を行うことから定常運転時はガス等の燃料を必要とせ
ず、そのため経済的効果はきわめて大きい。

【００６０】一方、自社先行技術の特願２０００−１３
３３００号に対し排ガス設備が非常に簡単なものとなる
ため、設備建設費が安価となる。

【００６１】また請求項２によれば、重量が測定された
一定量の原料を炉内打ち込み空気量に応じて投入時間間
隔を決めるようにしたことにより、打ち込み空気量に対
する原料の供給量を的確に制御することができ、一層良
好な焼成ができ、良質の製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す構成図。

【図２】フローチャート。

【図３】原料投入タイミングを示す炉内温度のグラフ。

【符号の説明】

１ 炉体 ４ 炉頂ホッパ ５ 計量ホッパ ６，７ ダンパ １２ 排ガス管 １４，１５ 空気打ち込み口 １６，１７ 空気打ち込み手段 ２４ 切り出しダンパ ２８ 製品排出部 ３２ 炉内温度測定用検出器 ３３ 炉内レベル検出器 ３４ 演算装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹 井 洋 一 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 奥 原 潤一郎 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳物砂集塵粉造粒物のように焼成原料に炭
   素成分が含まれている多孔質焼結体の焼成方法におい
   て、炉内高温造粒品の中に空気を打ち込んで原料を流動
   させ、その中に造粒原料を投入して原料に含まれる炭素
   成分と空気とを反応させて燃焼させ、この現象を利用し
   て炉内打ち込み空気量と投入原料とを制御して炉内温度
   を維持し、自燃により原料を焼成することを特徴とする
   多孔質焼結体の焼成方法。
2. 【請求項２】１回に投入する原料は重量測定を行って一
   定の量を投入し、打ち込み空気量に応じて炉内に原料を
   投入する基準時間ピッチを計算し、自動で原料を投入し
   て炉内温度を制御する請求項１記載の多孔質焼結体の焼
   成方法。
3. 【請求項３】炉内温度はピーク温度により管理し、目的
   温度以下のときは原料投入時間ピッチを短縮し、目的温
   度以上のときは原料投入時間ピッチを延長することによ
   り炉内温度補正を行う請求項２記載の多孔質焼結体の焼
   成方法。
4. 【請求項４】鋳物砂集塵造粒物のように焼成原料に炭素
   成分が含まれている多孔質焼結体の焼成装置において、
   竪形に形成され上部に原料投入口および排ガス排出管
   を、下部に製品排出部を有する炉体と、炉内高温造粒品
   に空気を打ち込んで原料を流動させる空気打ち込み手段
   と、投入される原料に含まれる炭素成分と空気とを反応
   させる現象を利用して炉内打ち込み空気量と投入原料と
   を制御し炉内温度を維持する制御手段とを具有し、自燃
   により原料を焼成するようにしたことを特徴とする多孔
   質焼結体の焼成装置。
5. 【請求項５】１回に投入する原料の重量測定を行う原料
   重量測定手段と、打ち込み空気量に応じて炉内に原料を
   投入する基準時間ピッチを演算する演算装置とを備え、
   自動で原料を投入して炉内温度を制御するようになされ
   ている請求項４記載の多孔質焼結体の焼成装置。
6. 【請求項６】炉内温度をピーク温度に管理し、目的温度
   以下のときは原料投入時間ピッチを短縮し、目的温度以
   上のときは原料投入時間ピッチを延長することにより炉
   内温度補正を行うようになされている請求項５記載の多
   孔質焼結体の焼成装置。