JP2009222309A - 熱処理方法及び熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 炉芯管内を無酸素状態にしあるいは酸素濃度が極めて少なくなるようにしつつ、処理物が炉芯管の内面に接触する時間を短くして、炉芯管内の雰囲気中で熱処理が行なわれるようにし、酸化カルシウム内へのクロムの混入をできるだけ抑制し、高純度で高品質の酸化カルシウムを生成できるようにする。
【解決手段】 炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物Ｗを回転する炉芯管１０内で加熱して酸化カルシウムを生成する際、炉芯管１０内に該炉芯管１０の中心軸Ｐａの方向に沿って複数列設されるとともに該炉芯管１０の回転によって該炉芯管１０の内周面を転動して処理物Ｗに衝撃を付与するビータ部材２０を設け、炉芯管１０の内周面の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定し、炉芯管１０内の温度を８００℃〜１２００℃に設定し、炉芯管１０内に不活性ガスを供給し、処理物Ｗを不活性ガス中で加熱処理する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を回転する炉芯管内で加熱して酸化カルシウムを生成する熱処理方法及び熱処理装置に係り、特に、クロム含有耐熱鋼製の炉芯管で処理物を加熱する熱処理方法及び熱処理装置に関する。

近年、例えば、ホタテ貝，牡蠣等の貝殻、卵殻、骨類等の炭酸カルシウムを主成分とする生体物質にかかる廃棄物においては、その有効利用を図る研究が盛んに行なわれており、例えば、これらの廃棄物を粉砕して粉粒状の処理物とし、この処理物を焼成して加熱して酸化カルシウムを生成し、この酸化カルシウムを例えば除菌剤や凍結防止剤などに利用することが行なわれている。

従来、炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を加熱処理する熱処理方法としては、例えば、特開２００３−１４７３９８号公報に掲載された技術が知られている。
これは、ホタテ貝殻を主原料とし、これを粉砕して粉粒状の処理物とし、この処理物をロータリーキルンの炉芯管に投入し、６００℃以上の温度で、かつ、無酸素状態の下で数十分から数時間程度の時間で加熱して焼成し、酸化カルシウムを生成するようにしている。一般に、ロータリーキルンの炉芯管としては、鋼製のもの、あるいは、軟鋼の内周に耐火煉瓦を内張りしたものが主に使用されている。鋼製の炉芯管においては、耐熱性の向上を図って耐久性を増すために、材質はニッケル、クロム等を含有した耐熱鋼が主流となっている。

特開２００３−１４７３９８号公報

しかしながら、上記従来の熱処理方法において、炉芯管が前者の耐熱鋼であってクロムを含有した耐熱鋼である場合、無酸素状態の下で加熱して焼成しても、炉芯管からクロムが溶出して酸化カルシウム内に酸化物となって混入しやすく、色も緑化して、純度に劣り、品質を低下させやすいという問題があった。
その理由は、一般に、炉芯管内が無酸素状態である場合あるいは酸素濃度が極めて少ない場合には、炉芯管内の雰囲気と炉芯管の成分との酸化反応が抑制され、熱が処理物である炭酸カルシウムの分解に寄与するようになり、クロムの溶出が抑制されると考えられるが、ホタテ貝殻や牡蠣殻の場合には、海水の影響で処理物内にＮａＣｌやＫＣｌ等の塩化物の混入が多くなって、炉芯管との電池作用によって、炉芯管の腐食作用が促進され、組成材料であるクロム成分の溶出が起こるものと考えられる。特に、処理物が炉芯管の内面に付着した状態が長くなると、付着の際に、炭酸カルシウム中の酸素とクロムの反応が促進されると考えられるからである。

一方、炉芯管が後者の軟鋼の内周に耐火煉瓦を内張りしたものである場合には、クロム成分の溶出はないが、処理物が耐火煉瓦に付着して短時間で閉塞状態になることから、実質的には、使用に適さない。

本発明は上記の問題点に鑑みて為されたもので、耐熱鋼を用いた炉芯管において、炉芯管内を無酸素状態にしあるいは酸素濃度が極めて少なくなるようにしつつ、処理物が炉芯管の内面に接触する時間を短くして、炉芯管内の雰囲気中で熱処理が行なわれるようにし、酸化カルシウム内へのクロムの混入をできるだけ抑制し、高純度で高品質の酸化カルシウムを生成できるようにした熱処理方法及び熱処理装置を提供することを目的とする。

このような目的を達成するための本発明の熱処理方法は、炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を回転する炉芯管内で加熱して酸化カルシウムを生成する熱処理方法において、上記炉芯管内に該炉芯管の中心軸の方向に沿って複数列設されるとともに該炉芯管の回転によって該炉芯管の内周面を転動して上記処理物に衝撃を付与するビータ部材を設け、上記炉芯管の内周面の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定し、上記炉芯管内の温度を８００℃〜１２００℃に設定し、上記炉芯管内に不活性ガスを供給し上記処理物を不活性ガス中で加熱処理する構成としている。

周速が０．１ｍ／ｓに満たないと、処理物の停留が生じやすくなる。周速が０．５ｍ／ｓを超えると、高速になりすぎて、ビータ部材が浮くように転動して不安定になり、炉芯管に衝撃が伝わりにくくなって好ましくない。
また、炉芯管内の温度が８００℃に満たないと、炭酸カルシウムの熱分解が不十分になる。炉芯管内の温度が１２００℃を超えると、炉芯管の高温酸化が進行して、耐久性に著しい悪影響を与える。

これにより、炉芯管が回転すると、炉芯管の回転方向と同方向へビータ部材が回転して炉芯管の内面を転動するとともに、処理物が炉芯管内を移動する。この際、上記炉芯管の内周面の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定しているので、その周速は比較的速いものになっており、そのため、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物が炉芯管の内周面から即座に離脱して分散させられるようになる。この場合、処理物が炉芯管の内周面に付着して停留しようとしても、炉芯管の回転方向と同方向へビータ部材が回転して炉芯管の内面を転動して処理物に衝撃を付与するので、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物がこの衝撃によって炉芯管の内周面から強制的に離脱させられて分散される。そのため、処理物が炉芯管の内面に接触する時間が極めて短くなり、そのため、炭酸カルシウム中の酸素と炉芯管の成分であるクロムとの反応が抑制される。

また、炉芯管内には不活性ガスが充満しているので、炉芯管内が無酸素状態になりあるいは酸素濃度が極めて少ない状態になることから、炉芯管のクロム成分と酸素との反応がほとんどなくなり、そのため、クロムの溶出が抑制されるとともに、処理物が炉芯管内の雰囲気中で熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。
更に、炉芯管内の温度が８００℃〜１２００℃に設定されているので、この点でも、処理物が炉芯管内の雰囲気中で確実に熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。
その結果、酸化カルシウム内へのクロムの混入ができるだけ抑制され、高純度で高品質の酸化カルシウムが生成される。

そして、必要に応じ、上記炉芯管の内周面の周速を０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓに設定した構成としている。より一層、処理物が付着して停留する事態を抑制した適正な範囲になる。より好ましくは、周速が０．２５ｍ／ｓ〜０．３５ｍ／ｓの範囲である。

また、必要に応じ、上記炉芯管内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定した構成としている。より一層、処理物の熱分解反応を促進できる範囲になる。

更に、必要に応じ、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を、９０％〜１００％に設定した構成としている。炉芯管のクロム成分と酸素との反応を確実に抑止することができる。９０％に満たないと、クロム成分との反応抑制が悪くなる。
この場合、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を、９８％〜１００％に設定したことが有効である。炉芯管のクロム成分と酸素との反応をより一層確実に抑止することができる。不活性ガスの濃度を、１００％未満に設定する場合には、より望ましくは、９９％以下に設定する場合には、装置の機密性を多少簡易に構成できることから、それだけ、装置の製造コストを下げることができる。

また、上記の目的を達成するための本発明の熱処理装置は、炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を加熱して酸化カルシウムを生成する熱処理装置において、
上記処理物を供給する処理物供給部と、該処理物供給部から供給された処理物を一端側で受け回転させられて該処理物を他端から排出させる炉芯管と、上記炉芯管内に該炉芯管の中心軸の方向に沿って複数列設されるとともに該炉芯管の回転によって該炉芯管の内周面を転動して上記処理物に衝撃を付与するビータ部材と、上記炉芯管を回転駆動する駆動部と、上記炉芯管を外部から加熱する加熱部と、上記炉芯管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、上記駆動部，加熱部及び不活性ガス供給部を制御する制御部とを備え、該制御部を、上記炉芯管の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定する回転駆動部制御手段と、上記炉芯管内の温度を８００℃〜１２００℃に設定する加熱部制御手段と、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を９０％〜１００％に設定する不活性ガス制御手段とを備えて構成している。

制御部の設定において、周速が０．１ｍ／ｓに満たないと、処理物の停留が生じやすくなる。周速が０．５ｍ／ｓを超えると、高速になりすぎて、ビータ部材が浮くように転動して不安定になり、炉芯管に衝撃が伝わりにくくなって好ましくない。また、炉芯管内の温度が８００℃に満たないと、炭酸カルシウムの熱分解が不十分になる。炉芯管内の温度が１２００℃を超えると、炉芯管の高温酸化が進行して、耐久性に著しい悪影響を与える。更に、不活性ガスの濃度が９０％に満たないと、炉芯管のクロム成分の溶出を生じ、反応抑制が悪くなる。

これにより、処理物を熱処理するときは、制御部により所要の設定にして、駆動部，加熱部及び不活性ガス供給部を作動させるとともに、処理物供給部から炉芯管の一端側に処理物を供給する。これにより、炉芯管が回転すると、炉芯管の回転方向と同方向へビータ部材が回転して炉芯管の内面を転動するとともに、処理物が炉芯管内を移動する。この際、上記炉芯管の内周面の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定しているので、その周速は比較的速いものになっており、そのため、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物が炉芯管の内周面から即座に離脱して分散させられるようになる。この場合、処理物が炉芯管の内周面に付着して停留しようとしても、炉芯管の回転方向と同方向へビータ部材が回転して炉芯管の内面を転動して処理物に衝撃を付与するので、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物がこの衝撃によって炉芯管の内周面から強制的に離脱させられて分散される。そのため、処理物が炉芯管の内面に接触する時間が極めて短くなり、そのため、炭酸カルシウム中の酸素と炉芯管の成分であるクロムとの反応が抑制される。

また、炉芯管内の不活性ガスの濃度が、９０％〜１００％に設定され、炉芯管内には不活性ガスが充満しているので、炉芯管内が無酸素状態になりあるいは酸素濃度が極めて少ない状態になることから、炉芯管のクロム成分と酸素との反応がほとんどなくなり、そのため、クロムの溶出が抑制されるとともに、処理物が炉芯管内の雰囲気中で熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。不活性ガスの濃度を、１００％未満に設定する場合には、より望ましくは、９９％以下に設定する場合には、装置の機密性を多少簡易に構成できることから、それだけ、装置の製造コストを下げることができる。更に、炉芯管内の温度が８００℃〜１２００℃に設定されているので、この点でも、処理物が炉芯管内の雰囲気中で確実に熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。
その結果、酸化カルシウム内へのクロムの混入ができるだけ抑制され、高純度で高品質の酸化カルシウムが生成される。

そして、必要に応じ、上記制御部を、上記炉芯管の周速を０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓに設定する回転駆動部制御手段と、上記炉芯管内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定する加熱部制御手段と、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を９８％〜１００％に設定する不活性ガス制御手段とを備えて構成している。
炉芯管の内周面の周速を０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓに設定することで、処理物が付着して停留する事態を抑制した適正な範囲になる。また、炉芯管内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定することで、より一層、処理物の熱分解反応を促進できる範囲になる。更に、炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を、９８％〜１００％に設定することで、炉芯管のクロム成分と酸素との反応をより一層確実に抑止することができるとともに、不活性ガスの濃度を、１００％未満に設定する場合には、より望ましくは、９９％以下に設定する場合には、装置の機密性を多少簡易に構成できることから、それだけ、装置の製造コストを下げることができる。

また、必要に応じ、上記炉芯管の一端を覆う一端覆部及び該炉芯管の他端を覆う他端覆部を設け、上記他端覆部に上記炉芯管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口を設け、該他端覆部に上記炉芯管の他端から排出される処理物を取り出す取出口を設け、上記一端覆部に上記炉芯管からの排ガスを排気する排気口を設け、上記不活性ガス供給部は、上記不活性ガス供給口から不活性ガスを供給する構成としている。
比較的簡易な構造で、炉芯管内に不活性ガスを充満させることができるようになる。

更に、必要に応じ、上記ビータ部材を、上記炉芯管の軸線に対して偏心した軸線を有し該軸線を中心に放射状に設けられ外端縁が上記炉芯管の内周面に当接する３以上のフィンを備えて構成している。ビータ部材が転動する際に、フィンが処理物に衝突するので、処理物を分断するようになり、そのため、確実に振動を付与して分散させることができるようになる。

本発明の熱処理方法及び熱処理装置によれば、炉芯管の内周面の周速を比較的速いものに設定したので、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物を炉芯管の内周面から即座に離脱させて分散させることができるようになるとともに、この場合、処理物が炉芯管の内周面に付着して停留しようとしても、炉芯管の回転方向と同方向へビータ部材が回転して炉芯管の内面を転動して処理物に衝撃を付与するので、炉芯管の内周面に付着して停留しようとする処理物を、この衝撃によって炉芯管の内周面から強制的に離脱させることができ、そのため、処理物が炉芯管の内面に接触する時間を極めて短くして、炭酸カルシウム中の酸素と炉芯管の成分であるクロムとの反応を抑制することができる。また、炉芯管内に、不活性ガスを充満させたので、炉芯管内が無酸素状態になりあるいは酸素濃度が極めて少ない状態になることから、炉芯管のクロム成分と酸素との反応をほとんどなくすることができ、この点でも、クロムの溶出を抑制することができる。また、処理物を炉芯管内の雰囲気中で確実に熱処理することができる。更に、炉芯管内の温度設定も良く、処理物を炉芯管内の雰囲気中で確実に熱処理することができ、酸化カルシウムを確実に生成することができるようになる。その結果、酸化カルシウム内へのクロムの混入をできるだけ抑制することができ、高純度で高品質の酸化カルシウムを生成することができるようになる。

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態に係る熱処理方法及び熱処理装置について詳細に説明する。本実施の形態に係る熱処理方法は、本実施の形態に係る熱処理装置によって実現されるので、本実施の形態に係る熱処理装置において説明する。

本実施の形態に係る熱処理装置は、炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を加熱して酸化カルシウムを生成するものである。本熱処理装置が処理する炭酸カルシウムを主成分とする処理物は、例えば、ホタテ貝，牡蠣等の貝殻、卵殻、骨類等の炭酸カルシウムを主成分とする生体物質にかかる廃棄物を周知の粉砕機などで粉砕して粉粒状にしたものである。
処理物の粒度は、例えば、粒径０．３０ｍｍ〜５．００ｍｍ、好ましくは０．５０ｍｍ〜３．００ｍｍ、より好ましくは０．６０ｍｍ〜２．００ｍｍである。

図１乃至図３に示すように、本実施の形態に係る熱処理装置Ｓは、処理物Ｗを供給する処理物供給部１を備えている。処理物供給部１は、処理物Ｗを貯留するホッパ２と、ホッパ２内の処理物Ｗを後述の炉芯管１０の一端側に搬送するスクリューコンベア３とを備えている。スクリューコンベア３は、モータ４により回転させられるスプロケット５及びチェーン６からなる伝動機構を介して駆動される。

また、本熱処理装置Ｓは、処理物供給部１から供給された処理物Ｗを一端１０ａ側で受けるとともに回転させられて処理物Ｗを他端１０ｂから排出させる炉芯管１０を備えている。炉芯管１０は、耐熱性の向上を図って耐久性を増すために、材質はニッケル及びクロムを含有した耐熱鋼で形成されている。炉芯管１０の一端１０ａ側及び他端１０ｂ側の外側には、それぞれ、外輪１１が固定されている。この外輪１１は、設置床面上に設けられた台枠１２に設けたローラ１３に支承されており、これにより、炉芯管１０は、ローラ１３及び外輪１１を介して回転可能になっている。また、炉芯管１０は、一端１０ａ側から他端１０ｂ側に向けて下方に傾斜して支持されており、回転により、処理物Ｗを一端１０ａ側から他端１０ｂ側へ移動せしめる。

炉芯管１０内には、炉芯管１０の中心軸Ｐａの方向に沿って複数列設されるとともに炉芯管１０の回転によって炉芯管１０の内周面を転動して、処理物Ｗに衝撃を付与するビータ部材２０が設けられている。ビータ部材２０は、炉芯管１０と同じ材質で形成されており、炉芯管１０の中心軸Ｐａに対して偏心した軸線Ｐｂを有し、軸線Ｐｂを中心に放射状に設けられ外端縁が炉芯管１０の内周面に当接する３以上（実施の形態では３つ）の矩形板状のフィン２１を備えて構成されている。

各フィン２１は、図２に示すように、等角度間隔になるように一側縁で一体に接合されており、中心からフィン２１の他側縁を半径とする円は、炉芯管１０の中心軸から内周面までを半径とする円よりもやや小さく設定されている。このビータ部材２０は、炉芯管１０が図２に示す回転方向Ｒに回転するとき、倒れて自転し、その３つのフィン２１のうち２つのフィン２１の他側縁が炉芯管１０の内周面に当接し、残りのフィン２１は炉芯管１０の内部空間に直立状態にある。そして、炉芯管１０の回転に伴い、炉芯管１０の内周面に接している２つのフィン２１も付随して回転し、内部空間に直立している１つのフィン２１は自重により回転方向に倒れるとともに、他の２つのフィン２１のうち１つが内周面から離れて内部空間に直立する。
炉芯管１０の他端１０ｂには、処理物Ｗの排出を許容して、他端１０ｂ側に位置するビータ部材２０を押えるストッパ２２が設けられている。

また、本熱処理装置Ｓは、炉芯管１０を回転駆動する駆動部３０を備えている。駆動部３０は、モータ３１と、モータ３１により回転させられる原動スプロケット３２と、炉芯管１０の一端１０ａ外側に設けられた従動スプロケット３３と、原動スプロケット３２及び従動スプロケット３３に掛け渡されたチェーン３４とからなる伝動機構により構成されている。

更に、本熱処理装置Ｓは、炉芯管１０を外部から加熱する加熱部４０を備えている。加熱部４０は、架台４１に設けられ炉芯管１０を囲繞する断熱部材からなる保温管４２と、保温管４２の内部に設けられ、炉芯管１０を加熱するヒータ４３とを備えて構成されている。

更にまた、本熱処理装置Ｓは、上記炉芯管１０内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部５０を備えている。不活性ガス供給部５０は、例えば、窒素ガス，アルゴンガスなどの希ガスを供給するものである。実施の形態では窒素ガスを供給する。
詳しくは、本熱処理装置Ｓにおいては、炉芯管１０の一端１０ａを覆う一端覆部５１及び炉芯管１０の他端１０ｂを覆う他端覆部５２が設けられている。他端覆部５２には、炉芯管１０内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口５３が設けられており、不活性ガス供給部５０は、不活性ガス供給口５３から不活性ガスを供給する構成としている。また、他端覆部５２には、炉芯管１０の他端１０ｂから排出される処理物Ｗを取り出す取出口５４が設けられている。取出口５４には、間隔を隔てて一対のボールバルブ５４ａ，５４ｂが設けられており、ボールバルブ５４ａ，５４ｂを交互に開閉することで、ボールバルブ５４ａ，５４ｂ間に収容された処理物Ｗを、所定量ずつ取り出すことができるようにしている。尚、他端覆部５２には、水素などの別の気体を供給するための他気体供給口５５が設けられている。
一方、一端覆部５１には、処理物供給部１のスクリューコンベア３が貫通配置されている。また、一端覆部５１の上部には、炉芯管１０からの排ガスを排気する排気口５６が設けられている。排気口５６には出口が水封部５７に水封された排気管５８が接続されており、排気管５８の出口からの排気は、水封部５７における水に対するバブリングを経て外気に排出される。これにより、比較的簡易な構造で、炉芯管１０内に不活性ガスを充満させて、排気させることができるようになる。

また、本熱処理装置Ｓにおいては、処理物供給部１のモータ４，駆動部３０のモータ３１，加熱部４０のヒータ４３及び不活性ガス供給部５０のガス供給量を制御する制御部６０が設けられている。制御部６０は、例えば、コンピュータのＣＰＵ等の機能によって実現され、図３に示すように、炉芯管１０の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定する回転駆動部制御手段６１と、炉芯管１０内の温度を８００℃〜１２００℃に設定する加熱部制御手段６２と、炉芯管１０内の上記不活性ガスの濃度を９０％〜１００％に設定する不活性ガス制御手段６３と、処理物供給部１のモータ４を制御する処理物供給制御手段６４と備えて構成されている。不活性ガス制御手段６３は、手動で操作される開度調整可能なバルブで構成されてもよい。

上記の設定において、周速が０．１ｍ／ｓに満たないと、処理物Ｗの停留が生じやすくなる。周速が０．５ｍ／ｓを超えると、高速になりすぎて、ビータ部材２０が浮くように転動して不安定になり、炉芯管１０に衝撃が伝わりにくくなって好ましくない。
炉芯管１０の周速は、好ましくは、０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓ、より望ましくは、０．２５ｍ／ｓ〜０．３５ｍ／ｓの範囲に設定することである。より一層、処理物が付着して停留する事態を抑制した適正な範囲になる。

また、上記の設定において、炉芯管１０内の温度が８００℃に満たないと、炭酸カルシウムの熱分解が不十分になる。炉芯管１０内の温度が１２００℃を超えると、炉芯管１０の高温酸化が進行して、耐久性に著しい悪影響を与える。より望ましくは、炉芯管１０内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定することである。

更に、上記の設定において、炉芯管１０内の不活性ガスの濃度を、９０％〜１００％に設定しているが、この範囲で、炉芯管１０のクロム成分と酸素との反応を確実に抑止することができる。９０％に満たないと、クロム成分との反応抑制が悪くなる。炉芯管１０内の不活性ガスの濃度は、好ましくは、９８％〜１００％に設定されることである。炉芯管１０のクロム成分と酸素との反応をより一層確実に抑止することができる。不活性ガスの濃度を、１００％未満に設定する場合には、より望ましくは、９９％以下に設定する場合には、装置の機密性を多少簡易に構成できることから、それだけ、装置の製造コストを下げることができる。

従って、この実施の形態に係る熱処理装置Ｓにより、処理物Ｗを処理するときは、以下のようになる。
制御部６０により所要の設定にして、駆動部３０，加熱部４０及び不活性ガス供給部５０を作動させる。これにより、炉芯管１０が回転し、炉芯管１０の回転方向と同方向へビータ部材２０が回転して炉芯管１０の内面を転動する。そして、処理物供給部１から炉芯管１０の一端１０ａ側に処理物Ｗを供給すると、処理物Ｗが炉芯管１０内を徐々に移動し、この移動の際に処理物Ｗが加熱される。この加熱により、炭酸カルシウムが熱分解されて酸化カルシウムとして生成され、炉芯管１０の他端１０ｂから排出されて、取出口５４から取出される。

この処理物Ｗの加熱処理の際、炉芯管１０の内周面の周速が０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定されているので、その周速は比較的速いものになっており、そのため、炉芯管１０の内周面に付着して停留しようとする処理物Ｗが炉芯管１０の内周面から即座に離脱して分散させられるようになる。この場合、処理物Ｗが炉芯管１０の内周面に付着して停留しようとしても、炉芯管１０の回転方向と同方向へビータ部材２０が回転して炉芯管１０の内面を転動して処理物Ｗに衝撃を付与するので、炉芯管１０の内周面に付着して停留しようとする処理物Ｗがこの衝撃によって炉芯管１０の内周面から強制的に離脱させられて分散される。この場合、ビータ部材２０は、フィン２１を備えているので、ビータ部材２０が転動する際に、フィン２１が処理物Ｗに衝突するので、処理物Ｗを分断するようになり、そのため、確実に振動を付与して分散させることができるようになる。そのため、処理物Ｗが炉芯管１０の内面に接触する時間が極めて短くなり、そのため、炭酸カルシウム中の酸素と炉芯管１０の成分であるクロムとの反応が抑制される。

また、炉芯管１０内の不活性ガスの濃度が、９０％〜１００％に設定され、炉芯管１０内には不活性ガスが充満しているので、炉芯管１０内が無酸素状態になりあるいは酸素濃度が極めて少ない状態になることから、炉芯管１０のクロム成分と酸素との反応がほとんどなくなり、そのため、クロムの溶出が抑制されるとともに、処理物Ｗが炉芯管１０内の雰囲気中で熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。

更に、炉芯管１０内の温度が８００℃〜１２００℃に設定されているので、この点でも、処理物Ｗが炉芯管１０内の雰囲気中で確実に熱処理されて、酸化カルシウムに化学変化させられていくようになる。
その結果、酸化カルシウム内へのクロムの混入ができるだけ抑制され、高純度で高品質の酸化カルシウムが生成される。

以下実験例について示す。
［実験例１］
本発明にかかる熱処理方法及び熱処理装置の実験例１として、処理物としてホタテ貝殻を０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに粉砕したものを用い、図１及び図２に示すような形状で、Ｌ=５００ｍｍ、Ｈ=８７．５ｍｍ、ｔ＝６ｍｍ、重量が約６Ｋｇのビーター部材２０を複数入れた直径２００ｍｍ、長さ４０００ｍｍの炉芯管１０を用いて、炉体角度（炉芯管の傾斜角度）５度、炉芯管通過時間を１２分間、投入処理量８．６ｋｇ、窒素雰囲気下９９％以上で、熱処理温度を９５０℃に設定して、熱処理した。そして、炉芯管１０の周速が０．０２ｍ／ｓと、０．２６ｍ／ｓとの場合で、炭酸カルシウムの酸化カルシウムへの変化率、色調を測定した。試験結果を図４に示す。

この結果、ホタテ貝殻粉末材料を熱処理温度９５０℃で、窒素雰囲気下９９％、周速０．２６ｍ／ｓの条件下で、炭酸カルシウムの酸化カルシウムへの変換率が９９％以上で、かつ色調も白色を呈した。その元素組成成分において、クロム成分を見ると、周速０．２６ｍ／ｓでは０．１４１％であった。それに比べて、周速０．０２ｍ／ｓの場合は、極薄緑を呈し、クロム成分は０．６８１％であった。ホタテ貝殻粉末の該炉芯管を用いた熱処理方法において、炉芯管の周速が、クロム溶出へ影響を与えることが理解される。

［実験例２］
実験例２として、窒素濃度を０％場合として、周速を０．０４ｍ／ｓまたは０．２６ｍ／ｓとして設定し、その他の条件は上記と同様にして実験した。その実験結果を図５に示す。この結果、炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変化率において周速が０．０４ｍ／ｓの時には８９％で、緑色を呈した。また、周速が０．２６ｍ／ｓの場合には炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変換率は９９％以上で、満足するものであったが、緑色を呈した。それらの元素分析結果では、クロムの含有率が１．２３２％、１．４５０％と極めて高い値を示した。すなわち、この緑色はクロムの含有に起因するものであると考えられる。よって、９５０℃熱処理でホタテ貝殻から酸化カルシウムを製造する場合には、窒素雰囲気下での熱処理方法が必須である。

［実験例３］
実験例３として、窒素濃度が熱処理への影響を明らかにするために８０％及び９０％の各窒素雰囲気下において、周速を０．２６ｍ／ｓとして設定し、その他の条件は上記と同様にして実験した。即ち、上記の炉芯管を用いた方法で、最適な窒素濃度で良好な酸化カルシウム得ることができるならば、経済的なことは明白であり、その濃度がどのくらい必要かを実験した。結果を図６に示す。この結果、８０％では薄緑色の熱処理物質が得られたが、窒素濃度が９０％あれば灰白色で、クロム含有率が０．２１３％の良好な酸化カルシウムを９９％以上の変換率で得ることができた。

［実験例４］
実験例４として、窒素雰囲気下９９％以上、周速を０．２６ｍ／ｓに設定し、熱処理温度の影響について実験した。結果を図７に示す。その結果、７００℃での熱処理では炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変換率が１８％と極めて低く、酸化カルシウムを得ようとする場合には適さないものである。炭酸カルシウムから酸化カルシウムへの変換率は、８００℃では９０％、８５０℃，１０５０℃，１１００℃においては９９％以上で、クロム含有率も０．１３１％，０．１６１％，０．１８１％，０．２５２％と低く、白色を呈していた。処理温度は低い方が炉芯管の耐久性が増すことからできるだけ低い温度で、熱処理をすることが自明であり、上記の炉芯管を用いた方法で、熱処理温度を８００℃〜１１００℃で設定し、望ましくは、８５０℃〜１０５０℃で設定し、窒素濃度を９０％以上とすることで、ホタテ貝殻粉末からクロム含有の極めて少ない白色の酸化カルシウムを容易に得ることが可能であることが分かった。

本発明の実施の形態に係る熱処理装置を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係る熱処理装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る熱処理装置の制御部の構成を示すブロック図である。 実験例１の結果を示す表図である。 実験例２の結果を示す表図である。 実験例３の結果を示す表図である。 実験例４の結果を示す表図である。

符号の説明

Ｓ 熱処理装置
Ｗ 処理物
１ 処理物供給部
２ ホッパ
３ スクリューコンベア
４ モータ
１０ 炉芯管
１０ａ 一端
１０ｂ 他端
１１ 外輪
１２ 台枠
１３ ローラ
２０ ビータ部材
２１ フィン
３０ 駆動部
３１ モータ
３２ 原動スプロケット
３３ 従動スプロケット
３４ チェーン
４０ 加熱部
４１ 架台
４２ 保温管
４３ ヒータ
５０ 不活性ガス供給部
５１ 一端覆部
５２ 他端覆部
５３ 不活性ガス供給口
５４ 取出口
５４ａ，５４ｂ ボールバルブ
５５ 他気体供給口
５６ 排気口
５７ 水封部
５８ 排気管
６０ 制御部
６１ 回転駆動部制御手段
６２ 加熱部制御手段
６３ 不活性ガス制御手段
６４ 処理物供給制御手段

Claims (9)

1. 炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を回転する炉芯管内で加熱して酸化カルシウムを生成する熱処理方法において、
   上記炉芯管内に該炉芯管の中心軸の方向に沿って複数列設されるとともに該炉芯管の回転によって該炉芯管の内周面を転動して上記処理物に衝撃を付与するビータ部材を設け、上記炉芯管の内周面の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定し、上記炉芯管内の温度を８００℃〜１２００℃に設定し、上記炉芯管内に不活性ガスを供給し上記処理物を不活性ガス中で加熱処理することを特徴とする熱処理方法。
2. 上記炉芯管の内周面の周速を０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓに設定したことを特徴とする請求項１記載の熱処理方法。
3. 上記炉芯管内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定したことを特徴とする請求項１または２記載の熱処理方法。
4. 上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を、９０％〜１００％に設定したことを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の熱処理方法。
5. 上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を、９８％〜１００％に設定したことを特徴とする請求項４記載の熱処理方法。
6. 炭酸カルシウムを主成分とする粉粒状の処理物を加熱して酸化カルシウムを生成する熱処理装置において、
   上記処理物を供給する処理物供給部と、該処理物供給部から供給された処理物を一端側で受け回転させられて該処理物を他端から排出させる炉芯管と、上記炉芯管内に該炉芯管の中心軸の方向に沿って複数列設されるとともに該炉芯管の回転によって該炉芯管の内周面を転動して上記処理物に衝撃を付与するビータ部材と、上記炉芯管を回転駆動する駆動部と、上記炉芯管を外部から加熱する加熱部と、上記炉芯管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給部と、上記駆動部，加熱部及び不活性ガス供給部を制御する制御部とを備え、
   該制御部を、上記炉芯管の周速を０．１ｍ／ｓ〜０．５ｍ／ｓに設定する回転駆動部制御手段と、上記炉芯管内の温度を８００℃〜１２００℃に設定する加熱部制御手段と、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を９０％〜１００％に設定する不活性ガス制御手段とを備えて構成したことを特徴とする熱処理装置。
7. 上記制御部を、上記炉芯管の周速を０．２ｍ／ｓ〜０．４ｍ／ｓに設定する回転駆動部制御手段と、上記炉芯管内の温度を８５０℃〜１０５０℃に設定する加熱部制御手段と、上記炉芯管内の上記不活性ガスの濃度を９８％〜１００％に設定する不活性ガス制御手段とを備えて構成したことを特徴とする請求項６記載の熱処理装置。
8. 上記炉芯管の一端を覆う一端覆部及び該炉芯管の他端を覆う他端覆部を設け、上記他端覆部に上記炉芯管内に不活性ガスを供給する不活性ガス供給口を設け、該他端覆部に上記炉芯管の他端から排出される処理物を取り出す取出口を設け、上記一端覆部に上記炉芯管からの排ガスを排気する排気口を設け、上記不活性ガス供給部は、上記不活性ガス供給口から不活性ガスを供給することを特徴とする請求項６または７記載の熱処理装置。
9. 上記ビータ部材を、上記炉芯管の軸線に対して偏心した軸線を有し該軸線を中心に放射状に設けられ外端縁が上記炉芯管の内周面に当接する３以上のフィンを備えて構成したことを特徴とする請求項８記載の熱処理装置。

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