JP2009210239A - 焼成炉 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物に対する加熱量のバラツキを低減することが可能であり、しかも、装置を大型化することなく、被処理物に対する長時間の加熱を可能とし、被処理物の品質向上を図ることが可能な焼成炉を提供する。
【解決手段】回転軸の回りに回転可能であり、被処理物が内部管路に沿って通過している間に当該被処理物が加熱される炉芯管６を有するロータリキルン２である。炉芯管の回転軸を含む縦断面から見て、炉芯管における内部管路の軸芯が、炉芯管の回転軸に対して所定角度で交差するように、炉芯管が曲げられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、焼成炉に係り、さらに詳しくは、炉芯管が回転するロータリキルンに関する。

誘電体やフェライトなどのセラミック材料粉の乾燥や焼成などに用いられるロータリキルンなどの焼成炉は、一般に、直管円筒形状の炉芯管を有する。この炉芯管は、水平線に対して僅かに傾斜して設置され、炉芯管が回転し、炉芯管の回りに配置されたヒータなどで内部を加熱するようになっている。被処理物は、炉芯管の入口から挿入され、炉芯管の回転と共に、炉芯管の傾斜に沿って下側に移動し、その間に加熱され、炉芯管の出口から排出される。

しかしながら、被処理物として、セラミック造粒物を用いた場合には、被処理物の形状にもよるが、炉芯管の内部を流れる流れやすさが異なり、流動性に優れている造粒物は早く炉芯管を通過し、流動性に劣る造粒物は、長く炉芯管に止まることになる。そのため、加熱にバラツキが生じるおそれがある。

加熱にバラツキが生じると、被処理物を焼成する場合には、焼成のバラツキとなり、製品特性のバラツキや、寸法バラツキなどを誘発するおそれがある。また、セラミックの粉の種類や粒径によっては、長時間焼成したい場合があり、そのような場合に対応するためには、ロータリーキルンの炉芯管を長くする必要があり、装置が大型になると言う課題もある。

なお、下記の特許文献１に示すように、炉芯管の入口側内壁をテーパ状に広げたロータリキルンが知られている。しかしながら、このようなロータリキルンにおいても、炉芯管の軸芯と回転軸とが一致しているために、上述した課題を解決することはできなかった。
特開平１０−５７９９０号公報

本発明は、このような実状に鑑みてなされ、その目的は、被処理物に対する加熱量のバラツキを低減することが可能であり、しかも、装置を大型化することなく、被処理物に対する長時間の加熱を可能とし、被処理物の品質向上を図ることが可能な焼成炉を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る焼成炉は、
回転軸の回りに回転可能であり、被処理物が内部管路に沿って通過している間に当該被処理物が加熱される炉芯管を有する焼成炉であって、
前記炉芯管の回転軸を含む縦断面から見て、前記炉芯管における前記内部管路の軸芯が、前記炉芯管の回転軸に対して所定角度で交差するように、前記炉芯管が曲げられていることを特徴とする。

本発明に係る焼成炉では、炉芯管における内部管路の軸芯が、炉芯管の回転軸に対して所定角度で交差するように、炉芯管が曲げられているので、直管状の炉芯管と異なり、流動性が異なる被処理物であっても、均一な滞留時間で炉芯管の内部に滞留させることが可能になる。その結果として、加熱にバラツキが生じるおそれが無くなり、被処理物の品質が向上する。

また、被処理物中に比較的に粗い粉体と細かい粉体が混在していたとしても、直管状の炉芯管と異なり、細かい粉体のみが舞い上がりフィルターにより回収されることはなくなり、熱処理後の組成ズレなどを防止することができる。

さらに、炉芯管の回転軸に対して所定角度で交差するように、炉芯管が曲げられているので、炉芯管の長さを長くしても回転軸に沿った装置の長さを長くする必要はなくなり、装置を大型化することなく、被処理物に対する長時間の加熱が可能になる。

好ましくは、前記炉芯管が、前記回転軸に対して、スパイラル状に曲げられている部分を有する。炉芯管がスパイラル状に曲げられていることで、上述した本発明の作用効果が増大する。特に、スパイラル状に曲げられている部分を有することで、炉芯管を一回転しないと、被処理物は、出口方向に進むことができないため、炉芯管の回転を制御することで、装置を大型化することなく、被処理物に対する長時間の加熱が可能になる。また、炉芯管の回転を制御することで、被処理物の均一な滞留時間の制御も可能であり、被処理物の熱処理後の品質が向上する。

本発明の焼成炉は、前記回転軸が、水平線に対して０〜６０度の角度で傾斜している横型の焼成炉であっても良く、前記回転軸が、水平線に対して６０〜９０度の角度で傾斜している縦型の焼成炉であっても良い。

横型の焼成炉である場合には、回転軸に対する内部管路軸芯の所定角度（０〜９０度）が、０〜６０度の範囲にあることが好ましく、縦型の場合には、前記所定角度が、６０〜９０度の範囲にあることが好ましい。この角度が９０度に近づきすぎると、横型の場合には、被処理物を内部管路内で前進させることが困難になる傾向にあり、０度に近づきすぎると、直管形状の炉芯管を有する従来例に近くなる。

本発明の焼成炉は、好ましくは、水平線に対する前記回転軸の角度を調節する調節手段をさらに有する。回転軸の角度を調節することでも、被処理物の滞留時間、すなわち、加熱時間などを調節することが可能になる。

また、前記被処理物を加熱するための加熱手段は、特に限定されないが、回転可能な炉芯管の外周に配置してあることが好ましい。なお、炉芯管の内部に加熱手段を配置することも可能である。

前記加熱手段による加熱量は、前記回転軸の長手方向に沿って変化させても良い。たとえば炉芯管の入口側では、出口側に比較して、加熱量を低く設定しても良い。

以下、本発明を、図面に示す実施形態に基づき説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るロータリキルンの概略図、
図２は図１に示す炉芯の要部側面図、
図３は本発明の他の実施形態に係るロータリキルンの概略図、
図４は本発明のさらに他の実施形態に係るロータリキルンの概略図である。
第１実施形態

図１に示すように、本発明の一実施形態に係る焼成炉としてのロータリキルン２は、炉本体４の内部に、炉芯管６を有する。炉芯管６は、図２に示すように、回転軸Ｘ１に対してスパイラル状に曲げられているスパイラル部６ａを有する。図１に示すように、スパイラル部６ａの入口側には、図２に示す回転軸Ｘ１と一致する軸線を持つ直管状の入口管６ｂが一体に成形してある。また、スパイラル部６ａの出口側には、図２に示す回転軸Ｘ１と一致する軸線を持つ直管状の出口口管６ｃが一体に成形してある。

入口管６ｂには、入口開口１０が形成してあり、原料供給部１２から被処理物が入口管６ｂの内部に供給され、スパイラル部６ａ方向に送られるようになっている。出口管６ｃには、出口開口１４が形成してあり、スパイラル部６ｂにて熱処理された被処理物が出口管６ｃを通して、出口開口１４から排出され、出口ホッパ１６に落とされるようになっている。

入口管６ｂおよび出口管６ｃは、それぞれ軸受５および７により、その軸芯回りに回転自在に保持してある。炉本体４の内部であって、前記スパイラル部６ａの外周には、ヒータ８ａ，８ｂ，８ｃが長手方向に沿って形成してある。ヒータ８ａ，８ｂ，８ｃとしては、特に限定されず、たとえば電気ヒータ、赤外線ヒータ、バーナーなどが用いられる。

ヒータ８ａ，８ｂ，８ｃは、スパイラル部６ａの長手方向に沿って均一な熱量でスパイラル部６ａを加熱するものでも良いが、スパイラル部６ａの長手方向に沿って、付与する熱量を変化させるように制御できるものでも良い。

この実施形態では、炉芯管６のスパイラル部６ａは、炉本体４の長手方向に沿って全長にわたり延在してあり、炉本体４の外部において、直管状の入口管６ｂおよび出口管６ｃに一体的に接続してある。

ヒータ８ａ〜８ｃによる炉芯管６の内部温度は、炉芯管６の内部を通過する被処理物に対する熱処理の目的により異なり、特に限定されず、１００〜１３００°Ｃの温度範囲で自由に設定することができる。たとえば熱処理の目的が、フェライト粉の仮焼きの場合には、炉芯管６の内部温度は、好ましくは２００〜１３００°Ｃ程度である。

この実施形態では、ロータリキルン２は、傾斜角度調整板２０の上に固定してあり、傾斜角度調整板２０は、角度調節ロッド２２および回動軸ヒンジ２６を介してベース枠２４に取り付けてある。角度調節ロッド２２を調節することで、傾斜角度調節板２０が、回動軸ヒンジ２６を中心として、ベース枠２４に対する傾斜角度が変化する。

すなわち、角度調節ロッド２２を調節することで、図２に示すように、スパイラル部６ａを有する炉芯管６の回転軸Ｘ１を、鉛直軸に垂直な水平線Ｘ３に対して、任意の所定角度θ１で傾斜させることができる。任意の所定角度θ１は、図１に示す横型のロータリキルン２の場合には、０〜６０度の範囲で調節可能である。所定角度θ１が、６０〜９０度となる場合には、横型のロータリキルン２ではなく、図４に示す縦型のロータリキルン２ｂとなる。

図２に示すように、スパイラル部６ａでは、回転軸Ｘ１に対して、炉芯管６における内部管路の軸線Ｘ２が、炉芯管６の回転軸Ｘ１を含む縦断面から見て、所定角度θ２で交差するように、炉芯管６が螺旋状に曲げられている。所定角度θ２は、図１に示すような横型のロータリキルン２の場合には、好ましくは、３０度以上で、上限は、炉芯管６の相互が密着する角度である。

所定角度θ２が小さすぎると、従来の直管形状の炉芯管に近づき、本発明の作用効果が小さくなる傾向にある。また、この所定角度θ２が大きすぎると、スパイラルの巻数が増え、加熱時間を長くすることが可能であるが、炉芯管の内部管路に沿って被処理物が進みにくくなる。

また、炉芯管６のスパイラル度合いをピッチ角（図２の角度θ３の１／２）で表せば、そのピッチ角は、０度を超えて９０度以下であり、好ましくは１０〜５０度である。ピッチ角が小さすぎると、所定角度θ２が大きくなる場合と同様な傾向にあり、ピッチ角が大きすぎると、所定角度θ２が小さくなる場合と同様な傾向にある。

炉芯管６は、耐熱性を有する材料で構成されることが好ましく、たとえばセラミック、金属などで構成されるが、スパイラル部６ａの成形を考えると、ステンレス、銅、鉄などの金属で構成することが好ましい。

炉芯管６におけるスパイラル部６ａの巻外径は、炉芯管６の管径などに応じて決定される。炉芯管６の管壁の厚みは、好ましくは１〜３mmである。管壁の厚みが薄すぎると、ヒータからの伝熱は良くなるが、強度が不足する傾向にある。

被処理物は、ロータリキルン２において、原料供給部１２から入口管６ｂの内部に供給されると、入口管６ｂが水平線に対して所定角度θ１（図２参照）で傾斜していることから、入口管６ｂの内部をスパイラル部６ａの方向に向かう。スパイラル部６ａは、図２に示すように、回転軸Ｘ１の回りに回転することから、被処理物は、スパイラル状の炉芯管６の内部を出口管６ｃの方向に向けて進むことになる。なお、スパイラル部６ａを、回転軸Ｘ１の回りに逆回転させることで、スパイラル状の炉芯管６の内部に存在する被処理物を入口管６ｂの側に戻すことも可能である。

本実施形態に係るロータリキルン２では、炉芯管６における内部管路の軸芯Ｘ２が、炉芯管６の回転軸Ｘ１に対して所定角度θ１で交差するように、炉芯管６が曲げられているので、直管状の炉芯管と異なり、流動性が異なる被処理物であっても、均一な滞留時間で炉芯管６の内部に滞留させることが可能になる。その結果として、加熱にバラツキが生じるおそれが無くなり、被処理物の品質が向上する。

また、被処理物中に比較的に粗い粉体と細かい粉体が混在していたとしても、直管状の炉芯管と異なり、細かい粉体のみが舞い上がりフィルターにより回収されることはなくなり、熱処理後の組成ズレなどを防止することができる。

さらに、炉芯管６の回転軸Ｘ１に対して所定角度θ１で交差するように、炉芯管６が曲げられているので、炉芯管６の長さを長くしても回転軸Ｘ１に沿った装置の長さを長くする必要はなくなり、装置を大型化することなく、被処理物に対する長時間の加熱が可能になる。

さらにまた、本実施形態では、炉芯管６がスパイラル部ａを有するので、炉芯管６の回転を制御することで、被処理物の均一な滞留時間の制御も可能であり、被処理物の熱処理後の品質が向上する。

なお、図２に示すように、水平線Ｘ３に対して回転軸Ｘ１を所定角度θ１、たとえば数度で傾斜させ、図１に示す入口開口部１０を出口開口部１４に対して高くすることで、炉本体４の内部には、ヒータ８ａ〜８ｃの加熱による空気の上昇気流が生じる。そのため、本実施形態では、炉芯管６の長手方向に沿って均一な熱量を加えるためには、上側に位置するヒータ８ａの発熱量は、下側に位置するヒータ８ｃの発熱量に比較して小さくて良い。そのため、省エネルギーにも寄与する。

また、図２に示す水平線Ｘ３に対する回転軸Ｘ１の角度θ１を上げていったとしても、図１に示すように、スパイラル部６ｂのほとんどが炉本体４の内部に位置するために、炉芯管の内部では、被処理物に含まれる相対的に軽い粉が上昇気流により舞い上がり炉芯管の内部を逆流することも少ない。ちなみに従来では、直管形状の炉芯管であるために、炉芯管の内部では、被処理物に含まれる相対的に軽い粉が上昇気流により舞い上がり炉芯管の内部を逆流することがあった。

本実施形態において、被処理物としては、特に限定されず、たとえばフェライト粉、誘電体粉末、コンデンサ用粉末、バリスタ用粉末などが例示される。被処理物の形状も特に限定されず、不定形状粉体、球状粉体、顆粒、ペレット、あるいは、これらの混合物などが例示される。

ロータリキルン２で行われる被処理物の熱処理の種類も特に限定されず、乾燥、仮焼き、焼成、アニール、反応などが例示される。
第２実施形態

図３に示すように、この第２実施形態のロータリキルン２ａは、上述した第１実施形態のロータリキルン２に比較して、以下に示す部分が相違するのみであり、以下に示す以外は、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。

本実施形態のロータリキルン２では、回転軸に軸芯が一致する直管状の入口管６ｂの部分を長く設定し、入口管６ｂが炉本体４の内部に入り込み、ヒータ８ａにより外周が加熱されるようになっている。入口開口部１０から入口管６ｂの内部に導かれた被処理物は、角度調節ロッド２２により調節された傾斜角度に沿って入口管６ｂの内部を炉本体４の内部位置まで直ちに運ばれる。

そのため、被処理物の急速加熱が可能になる。その後には、被処理物は、回転軸Ｘ１の回りに回転するスパイラル部６ａに導かれるので、炉芯管６に沿ってゆっくりと加熱処理される。この実施形態では、炉本体４の内部に位置する直管状の入口管６ｂおよび/または出口管６ｃとスパイラル部６ａとの回転軸に沿う長さを調節することで、被処理物に加える熱処理の温度勾配などを調節することができる。
第３実施形態

図４に示すように、この第３実施形態のロータリキルン２ｂは、上述した第１実施形態のロータリキルン２に比較して、以下に示す部分が相違するのみであり、以下に示す以外は、第１実施形態と同様な作用効果を奏する。

この実施形態のロータリキルン２ｂは、縦型のロータリキルンである。縦型のロータリキルン２ｂの場合には、ベース枠２４ａが鉛直方向に細長くなり、水平方向に場所を取らなくなり、水平方向のスペースを有効に利用することができ、スペース的に有利である。

縦型のロータリキルン２ｂの場合には、入口管６ｂの入口開口１０ａはテーパ状にすることが好ましい。また、炉本体４が固定される傾斜角度調整板２０は、ベース枠２４ａの側部に取り付けられ、図１に示す場合と同様な手段（角度調節ロッド２２など）により、ベース枠２４ａに対して角度調節が可能になっている。

なお、図４に示すような縦型のロータリキルン２ｂの場合には、図２に示す回転軸Ｘ１に対する炉芯管６の軸芯Ｘ２の所定角度θ２は、特に限定されず、安息角（水平線に対して粉体が流れ出す角度）などを考慮して決定され、その上限は、炉芯管６の相互が密着する限度の角度である。また、ピッチ角（図２の角度θ３の１／２）で表せば、そのピッチ角は、０度を超えて１５度未満が好ましい。

縦型のロータリキルン２ｂの場合には、所定角度θ２は、横型の場合に比較して大きくて良く、ピッチ角は、横型の場合に比較して小さくて良い。炉芯管６の軸芯Ｘ２に沿って移動する被処理物に作用する重力の向きが異なるからである。

特に縦型のロータリキルン２ｂの場合には、被処理物を熱処理する過程で生成されるガスを、炉芯管６の入口開口１０ａから有効に除去することができるので、被処理物に含まれる不純物（熱処理によりガスとなる不純物）の除去が容易になる。その結果として、このロータリキルン２ｂにより熱処理されて得られる処理物は、材料の純度が向上し、格子欠陥を防止し、結晶性が向上する。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

たとえば、本発明では、炉芯管は、必ずしもスパイラル状に立体的に曲げ加工されたものである必要はない。たとえば炉芯管６が、図２に示す回転軸Ｘ１に対して、同一平面において所定の角度θ２で曲げ加工されている炉芯管であっても良い。また、上述した実施形態では、炉芯管６の軸芯Ｘ２に沿って炉芯管６の内部流路断面積が一定であったが、本発明では、途中で流路断面積を変化させても良い。

図１は本発明の一実施形態に係るロータリキルンの概略図である。 図２は図１に示す炉芯の要部側面図である。 図３は本発明の他の実施形態に係るロータリキルンの概略図である。 図４は本発明のさらに他の実施形態に係るロータリキルンの概略図である。

符号の説明

２，２ａ，２ｂ… ロータリキルン
４… 炉本体
６… 炉芯管
６ａ… スパイラル部
６ｂ… 入口管
６ｃ… 出口管
８ａ，８ｂ，８ｃ… ヒータ

Claims (9)

1. 回転軸の回りに回転可能であり、被処理物が内部管路に沿って通過している間に当該被処理物が加熱される炉芯管を有する焼成炉であって、
   前記炉芯管の回転軸を含む縦断面から見て、前記炉芯管における前記内部管路の軸芯が、前記炉芯管の回転軸に対して所定角度で交差するように、前記炉芯管が曲げられていることを特徴とする焼成炉。
2. 前記炉芯管が、前記回転軸に対して、スパイラル状に曲げられている部分を有する請求項１に記載の焼成炉。
3. 前記回転軸が、水平線に対して０〜６０度の角度で傾斜している請求項１または２に記載の焼成炉。
4. 前記所定角度が、０度を超え６０度の範囲内にある請求項３に記載の焼成炉。
5. 前記回転軸が、水平線に対して６０〜９０度の角度で傾斜している請求項１または２に記載の焼成炉。
6. 前記所定角度が、６０〜９０度の範囲にある請求項５に記載の焼成炉。
7. 水平線に対する前記回転軸の角度を調節する調節手段をさらに有する請求項３〜６のいずれかに記載の焼成炉。
8. 前記被処理物を加熱するための加熱手段が、回転可能な前記炉芯管の外周に配置してある請求項１〜７のいずれかに記載の焼成炉。
9. 前記加熱手段による加熱量が、前記回転軸の長手方向に沿って変化している請求項８に記載の焼成炉。

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