JP2009014328A - ロータリーキルン - Google Patents

Abstract

【課題】長尺のロータリーキルンの回転連結部分の磨耗を低減し、原料の極め細かい加熱制御を行うことを目的としている。
【解決手段】軸方向に回転可能な筒状の加熱炉の一端から原料を供給し、前記加熱炉の他端に備えた加熱バーナ２８により前記原料を前記加熱炉内で回転させながら排出するロータリーキルンである。前記加熱炉を複数分割、例えば二分割した前記原料の送入側の回転体と前記回転体の回転駆動手段からなる送入側回転体ユニット１２ａと、前記加熱炉を二分割した前記原料の排出側の回転体と前記回転体の回転駆動手段からなる排出側回転体ユニット１２ｂとを備え、前記送入側回転体ユニット１２ａと前記排出側回転体ユニット１２ｂを同一の回転軸心上に形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に筒状加熱炉の端部に加熱バーナを備え原料を加熱炉内で回転させながら高温加熱して排出する長尺のロータリーキルンに関する。

ステンレス鋼などの主原料となるフェロニッケルは、一般にニッケル鉱石を乾燥・粉砕処理してロータリーキルンでか焼処理した後、精錬電気炉で溶融還元処理して製造している。
このようなか焼に用いるロータリーキルンは、例えば直径約４〜６メートル、長さ約１００〜１２０メートルの長尺の回転体を用いている。

図３は従来の長尺のロータリーキルンの説明図であり、その回転機構について説明する。図３（１）はロータリーキルン１０６の平面図を示し、ロータリーキルン１０６は、特許文献１に示すように長尺の回転体の外周の所定位置にタイヤローラ１２０を複数取付けている。タイヤローラ１２０は回転体の軸方向に沿って併設されたサポーティングローラ１２２ａ，１２２ｂに回転自在に支承されている。また回転体にはタイヤローラ１２０間の任意の位置にガースギア１２４を設けている。ロータリーキルンは一体物の長尺の回転炉を外周上の１箇所に設けたガースギア１２４で駆動手段により回転させるため、ガースギア１２４には１個または２個のピニオン１２６が連結している。図３はガースギア１２４に２個のピニオン１２６ａ，１２６ｂが連結している構成を示している。回転体の軸方向に沿って２台の駆動装置１２８ａ，１２８ｂを設けて、各駆動手段のピニオン１２６とガースギア１２４を連結し、ツインドライブ方式により回転体を駆動している。
特開平６−１５９９４２号公報

しかしながら従来のロータリーキルンは、回転体の長さが約１００メートルと長尺の一体物であるため、以下に示す問題があった。
前述のツインドライブ方式によるガースギアは、図３（２）に示すように外周上の２箇所でピニオン１２６ａ，１２６ｂによって駆動している。このとき各ピニオンの作用点におけるギア歯面への荷重方向が異なりアンバランスを生じやすい。そしてガースギアとピニオン間の歯当りが経年変化による不均一な磨耗が生じて、異常振動の発生原因となることがあった。また、駆動装置１２８ａ，１２８ｂの回転数の差異により基礎に影響を与えるほどの振動が発生し、操業に悪影響を及ぼすおそれがあった。

また稼動中のロータリーキルンは１０００℃前後に加熱される内部温度変化により軸方向の伸びが数百ｍｍと大きくなる。このため、断面変形やキルン軸方向の撓みに起因するタイヤの傾斜変化により、タイヤとローラ間の当りが局部的となりタイヤの寿命を短くし、割れや剥離を引き起こす一因ともなっていた。

さらに従来のロータリーキルンは一体物であり、１台の稼動手段によってキルン全体の回転速度を調整している。一般に原料は加熱反応により原料の物性が変化（例えば安息角や流動性の変化など）する。そうすると原料が回転する加熱炉面により持ち上げ速度と、滑り速度が異なり、結果的に回転軸方向の速度も異なってくる。よって加熱処理のエリアごとの滞留時間が異なり、送入側と排出側でのエリアごとの充填量に差異が生じる。従来の一体物のキルンでは原料の投入量と回転速度で制御していた。

そこで上記従来技術の問題点を解決するため、本発明は、長尺のロータリーキルンの回転体を複数分けることにより負荷を低減することを目的としている。また本発明はキルンに投入する原料が最適充填量となるように複数の回転体ごとに回転数を変更制御することを目的としている。

本発明のロータリーキルンは、回転可能な筒状の加熱炉の一端から原料を供給し、前記加熱炉の他端に備えた加熱バーナにより前記原料を前記加熱炉内で回転させながら高温加熱するロータリーキルンであって、前記加熱炉を複数区分けした回転体と、前記回転体毎に軸方向に回転させる回転駆動手段からなる回転体ユニットを備え、前記回転体ユニットを同一の回転軸心上に複数形成したことを特徴としている。

また本発明のロータリーキルンは、回転可能な筒状の加熱炉の一端から原料を供給し、前記加熱炉の他端に備えた加熱バーナにより前記原料を前記加熱炉内で回転させながら高温加熱するロータリーキルンであって、前記加熱炉を二分割した前記原料の送入側の回転体と、前記回転体の回転駆動手段からなる送入側回転体ユニットと、前記加熱炉を二分割した前記原料の排出側の回転体と、前記回転体の回転駆動手段からなる排出側回転体ユニットとを備え、前記送入側回転体ユニットと前記排出側回転体ユニットを同一の回転軸心上に形成し各回転体ユニットごと回転速度を可変としたことを特徴としている。

この場合において、前記排出側回転体ユニットの断面径は、前記送入側回転体ユニットの断面径よりも大きく形成し、前記送入側の回転体の排出口を前記排出側の回転体の送入口に挿入してあるとよい。
また、前記送入側回転体ユニット及び前記排出側回転体ユニットは、前記回転体の両端に回転軸方向に回転自在な二支点の支持部を備えるとよい。

本発明のロータリーキルンによれば、加熱炉を加熱処理のエリアごとに複数区分け（例えば前半と後半のエリアごとに区分け）した回転体と、この回転体毎に軸方向に回転させる回転駆動手段からなる回転体ユニットを備え、回転体ユニットを同一の回転軸心上に複数形成した構成としている。このため、同一キルン軸心上で送入側と排出側とで、回転体の回転数を各々独立に駆動制御できる。したがって従来の長尺のロータリーキルンに設けた一台の回転駆動手段に対する過負荷に比べ、回転駆動手段に対する負荷を大幅に低減することが可能となる。

また、内部原料の滞留時間と充填量の制御を送入側と排出側の回転体ユニットごとにできるため、高温加熱、例えば、か焼又は焼成のための微細調整が可能となる。さらに、運転操作（回転数変更など）により応答性が速くなるため、操作性の向上とともにか焼又は焼成による異常なコーティングの発生防止、その脱落によるリングの生成を抑制するなど操作性の向上によって生産性の増加が期待できる。

本発明のロータリーキルンは、排出側回転体ユニットの断面径を送入側回転体ユニットの断面径よりも大きく形成している。このため、加熱炉の容積当たりの比か焼又は焼成能力が大きくなる。よって排出側回転体ユニットの長さを短くすることができ、結果的にロータリーキルン全体の長さも短くすることができ、装置全体の省スペース化を図れる。

本発明のロータリーキルンは、送入側回転体ユニット及び排出側回転体ユニットの回転体の両端に回転軸方向に摺動自在な二支点の支持部を備えている。この構成により回転体の連結部は、支持部の間に配置される。このため、２支点キルンの組み合わせのため、据え付け時のキルン芯出しが容易になる。また従来の多支点キルンに生じやすい、キルンの曲りの影響による支点の過負荷が生じにくくなるため、タイヤローラの寿命を適正に維持することができる。具体的には、割れや剥離による取替え、補修や異常磨耗による表面切削の頻度が減少する。多支点キルンのようなローラ調整の煩雑さが格段に減少し、回転体の温度差による伸びも半減するため現場でのメンテナンス性の向上にもつながる。さらに回転体を二支点とすることにより、回転体を支持する計４個のローラは必ず回転体の荷重を受けることになる。このため、従来の多支点におけるタイヤローラの一部接触・一部非接触等の現象が起こらない。

本発明のロータリーキルンの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は実施形態に係るロータリーキルンの構成概略を示す図（側面図）である。図示のようにロータリーキルン１０は、複数の回転体ユニット１２ａ，１２ｂを備えている。

回転体ユニット１２は、主に回転体１４と回転駆動手段１６とで構成している。回転体１４は、内部に加熱炉を備えた筒状の加熱炉である。回転体１４の内側には耐火性のレンガを円筒状に形成している。

回転駆動手段１６は、ガースギア１８と一個のピニオン２０とで構成している。ガースギア１８は、回転体１４の外周に沿って取付けた歯車である。ピニオン２０は、ガースギア１８に連結し、駆動装置１９によってガースギア１８を中心軸周りに回転駆動する。

また回転体１４には支持部２２を形成している。支持部２２はタイヤローラ２４とサポーティングローラ２６とで構成している。タイヤローラ２４は、回転体１４の両端に形成し、回転体１４を外周に沿って支持する２個のローラである。サポーティングローラ２６は、タイヤローラ２４と同一平面上に設け、タイヤを下方で支持するローラである。

ここで一般の高温加熱、例えば、か焼又は焼成用のロータリーキルンは、一端に原料の送入口を形成してあり、他端に加熱バーナを取付け排出口が形成してある。稼動中のロータリーキルンの加熱炉内温度は、送入側から排出側に向かって加熱バーナに近い程高くなっているが、例えば、加熱温度の調整のために加熱の途中で石炭を投入するなどの場合、温度分布はより複雑となっている。

本発明では、上記構成による回転体ユニット１２を、一例として高温側と低温側の加熱炉に二分割し、加熱炉の送入側回転体ユニット１２ａと排出側回転体ユニット１２ｂの２つ形成している。

送入側回転体ユニット１２ａは、端部１２ａｉに原料を送入する開口を設けた回転体ユニットである。一方、排出側回転体ユニット１２ｂは端部１２ｂｏに加熱バーナ２８を備えた回転体ユニットである。またこの回転体の断面径は送入側回転体ユニット１２ａの断面径よりも大きく形成している。

送入側回転体ユニット１２ａの原料の送入口と反対となる端部１２ａｏは、排出側回転体ユニット１２ｂの端部１２ｂｉに一部挿入している。そして送入側回転体ユニット１２ａと排出側回転体ユニット１２ｂは、同一の回転軸心上に形成し、回転軸心上に加熱バーナ２８を配置している。
送入側回転体ユニット１２ａと排出側回転体ユニット１２ｂとの接続部分には連結部３０を形成している。

図２は本発明の連結部の断面側面図である。連結部３０は、送入側回転体ユニット１２ａと排出側回転体ユニット１２ｂの接続部に生じる隙間を塞ぐシール機構である。連結部３０は、内張耐火物の厚み分胴体径、温度差の伸びを考慮したスリーブとシールを考慮する必要がある。本発明の連結部３０は、主に送入側回転体ユニット１２ａに形成したスライドリング３２と排出側回転体ユニット１２ｂに形成したエアシール３４から構成している。

スライドリング３２は、送入側回転体ユニット１２ａの端部１２ａｏの外周に沿って形成している。エアシール３４は、短冊形状であり、一端を排出側回転体ユニット１２ｂの端部１２ｂｉの外周に沿って形成したシーリング支持部３６にボルトなどの固定手段により支持されている。エアシール３４の他端は、図示のようにスライドリング３２のシール面に押圧させた状態で取付けている。このとき短冊形状のエアシール同士は幅方向を回転体の周方向に互いに一部積層させながら取付けている。

また制御部３８には駆動手段１９ａ，１９ｂ、ビデオカメラ３９が接続している。ビデオカメラ３９は排出側回転体ユニット１２ｂから排出された製品を撮影する。制御部３８はビデオカメラ３９による映像に基づいて送入側回転体ユニット１２ａ及び排出側回転体ユニット１２ｂの駆動手段１９ａ，１９ｂの回転速度を制御する。

なお、本実施形態ではビデオカメラによる映像に基づいて制御部の制御を行うように説明したが、これに限らずこの他にも温度計、圧力計、排出された製品の分析に基づいて、制御部による制御を行うようにすることもできる。

上記構成によるロータリーキルンの作用について以下説明する。
前述のように稼動中の長尺のロータリーキルンの加熱炉内温度は、一例として８００℃から１３００℃であり、加熱バーナからの離間距離によって異なり、この異なる温度範囲ごとに加熱炉内の原料の加熱処理が多工程に分かれている。加熱処理は送入側から一般的に予熱処理、乾燥処理、か焼又は焼成処理となる。

ここでロータリーキルンによる操作は、原料の成分・性質や、外気、原料の現状態等の様々な要因によってか焼又は焼成に要する反応速度が異なる。そこでまず送入側回転体ユニット１２ａ及び排出側回転体ユニット１２ｂを同一の回転速度に設定し、原料を送入側回転体ユニット１２ａの端部１２ａｉの送入口に送入する。原料は、送入側回転体ユニット１２ａの内壁に沿って持ち上げと滑りを繰返し端部１２ａｏ側に移動する。このとき排出側回転体ユニット１２ａでは加熱炉の末端に形成した加熱バーナからの低温又は中温の燃焼ガスによって原料を予熱処理及び乾燥処理している。

ついで乾燥された原料４０は図２に示すように連結部３０を介して排出側回転体ユニット１２ｂの端部１２ｂｉの開口に供給される。このとき送入側回転体ユニット１２ａの断面径は排出側回転体ユニット１２ｂの断面径よりも小さく、送入側回転体ユニット１２ａの端部１２ａｏを排出側回転体ユニット１２ｂの端部１２ｂｉに一部挿入してあるため、原料は、排出側回転体ユニット１２ｂの加熱炉内に送入できる。また送入側回転体ユニット１２ａ及び排出側回転体ユニット１２ｂとはそれぞれ独立に回転可能であり、送入側回転体ユニット１２ａの外径と排出側回転体ユニット１２ｂの内径との間には僅かな隙間を形成している。連結部３０では、シールリングにエアシールを押圧して摺動面を形成し、摺動面を維持しながら回転軸に沿って摺動させているため、この隙間からの原料と乾燥空気の外部流出を防止している。

排出側回転体ユニット１２ｂの送入された乾燥処理後の原料は、送入側回転体ユニット１２ｂの内壁に沿って持ち上げと滑りを繰返し端部１２ｂｏ側に移動する。このとき排出側回転体ユニット１２ｂでは高温の燃焼ガスによって処理している。そして排出側回転体ユニット１２ｂの端部１２ｂｏから加熱処理後の製品が排出される。本発明では排出された製品の加熱具合をビデオカメラ３９により撮影して制御部３８により制御している。すなわち、製品の加熱具合をビデオカメラ３９からの映像によって目視で判断して送入側回転体ユニット１２ａに送入する原料の投入量や、制御部３８により送入側回転体ユニット１２ａの駆動手段１９ａ及び排出側回転体ユニット１２ｂの駆動手段１９ｂの回転速度を制御して加熱時間を調整している。

製品の加熱が充分に進行している場合には、排出側回転体ユニット１２ｂの回転速度を送入側回転体ユニット１２ａの回転速度よりも速めに設定し、当初設定した予熱・乾燥に要する時間を維持したまま、加熱時間を短縮することができる。また製品の加熱が不十分の場合には、排出側回転体ユニット１４ｂの回転速度を送入側回転体ユニット１２ａの回転速度よりも遅めに設定し、当初設定した予熱・乾燥に要する時間を維持したまま、加熱時間を長く設定することができる。さらに送入側回転体ユニット１２ａの回転速度を早くして、予熱・乾燥時間を短くし、排出側回転体ユニット１２ｂの回転速度を遅くして加熱時間を長くすることもできる。

このようなロータリーキルンによれば、加熱炉を加熱処理のエリアごとに複数区分けした回転体と、この回転体毎に回転させる回転駆動手段からなる回転体ユニットを備え、回転体ユニットを同一の回転軸心上に複数形成しているため、製品の加熱具合に応じて、送入側回転体ユニット及び排出側回転体ユニットの回転速度を別個独立に調整することができる。よって原料の極め細かい加熱制御ができる。

なお本実施形態では回転体の回転駆動手段にガースギアとピニオンを用いて説明したが、回転駆動手段はこれに限らず、この他にもギヤレス・ローラ駆動などのフリクションドライブを用いても良い。
また本実施形態では連結部に短冊形状のエアシールを用いて説明したが、シール構造はこれに限らず、この他にもスリーブ接続などを用いてもよい。

本発明は、長尺の加熱炉を備えたロータリーキルンのか焼又は焼成等の分野において有用である。

本発明のロータリーキルンの構成概略を示す図である。 本発明の連結部の断面側面図を示す。 従来のロータリーキルンの説明図である。

符号の説明

１０………ロータリーキルン、１２………回転体ユニット、１４………回転体、１６………回転駆動手段、１８………ガースギア、２０………ピニオン、２２………支持部、２４………タイヤローラ、２６………サポーティングローラ、２８………加熱バーナ、３０………連結部、３２………スライドリング、３４………エアシール、３６………シーリング支持部、３８………制御部、３９………ビデオカメラ、４０………原料、１０６………ロータリーキルン、１２０………タイヤローラ、１２２………サポーティングローラ、１２４………ガースギア、１２６………ピニオン。

Claims (4)

1. 回転可能な筒状の加熱炉の一端から原料を供給し、前記加熱炉の他端に備えた加熱バーナにより前記原料を前記加熱炉内で回転させながら高温加熱するロータリーキルンであって、
   前記加熱炉を複数区分けした回転体と、前記回転体を軸方向に回転させる回転駆動手段からなる回転体ユニットを備え、
   前記回転体ユニットを同一の回転軸心上に複数形成したことを特徴とするロータリーキルン。
2. 回転可能な筒状の加熱炉の一端から原料を供給し、前記加熱炉の他端に備えた加熱バーナにより前記原料を前記加熱炉内で回転させながら高温加熱するロータリーキルンであって、
   前記加熱炉を二分割した前記原料の送入側の回転体と、前記送入側の回転体の回転駆動手段からなる送入側回転体ユニットと、
   前記加熱炉を二分割した前記原料の排出側の回転体と、前記排出側の回転体の回転駆動手段からなる排出側回転体ユニットとを備え、
   前記送入側回転体ユニットと前記排出側回転体ユニットを同一の回転軸心上に形成し各回転体ユニットごとに回転速度を可変としたことを特徴とするロータリーキルン。
3. 前記排出側回転体ユニットの断面径は、前記送入側回転体ユニットの断面径よりも大きく形成し、前記送入側の回転体の排出口を前記排出側の回転体の送入口に挿入してあることを特徴とする請求項２記載のロータリーキルン。
4. 前記送入側回転体ユニット及び前記排出側回転体ユニットは、前記回転体の両端に回転軸方向に回転自在な二支点の支持部を備えたことを特徴とする請求項２または３に記載のロータリーキルン。

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