JP2011016111A - 無機質球状化粒子の製造装置および製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】球状化炉で生成した球状化粒子を効率良く搬出することができ、収率の高い無機質球状化粒子の製造装置を提供する。
【解決手段】球状化バーナ５を炉頂部に垂直下向きに備えた竪型の球状化炉２と、球状化炉２の下流に無機質球状化粒子を捕集するサイクロン３及びバグフィルター４と、を備え、球状化炉２が、遮断空気を導入する遮断空気導入孔６と、球状化バーナ５の火炎中で球状化された球状化粒子を導出する粒子導出孔６と、粒子導出孔６と水平方向に対向配置された第１空気供給孔８と、第１空気供給孔８の下方に設けられた、少なくとも１以上の第２空気供給孔９と、を有することを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置１を採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無機質球状化粒子の製造装置および製造方法に関し、詳しくは、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を製造する装置およびこれを用いた無機質球状化粒子の製造方法に関する。

従来から、無機質球状化粒子は、珪石などを粉砕した原料粉体を高温の火炎中で溶融し、表面張力により球状化させることにより製造されている。そして、無機質球状化粒子の製造装置の構成についても、様々な改善案が提案されている。
なお、本明細書においては、無機質球状化粒子を単に球状化粒子と記すことがある。

従来技術として、特許文献１には、無機質球状化粒子の製造装置が開示されている。特許文献１に開示されている無機質球状化粒子製造装置においては、図３に示すように、原料粉体が原料供給機Ａから切り出され、キャリアガス供給装置Ａ’から供給されるキャリアガスに同伴されてバーナＢに搬送される。このバーナＢには、酸素供給設備Ｃからの酸素と、ＬＰＧ供給設備Ｄからの液化石油ガス（ＬＰＧ）とが供給される。
竪型炉Ｅ内の火炎中で球状化された粒子を含む排ガスは、経路Ｆから竪型炉Ｅの底部に導入された空気により冷却され、後段のサイクロンＧ、バグフィルターＨで球状化粒子が捕集される。

特許第３３３１４９１号公報

球状化粒子の製造装置では、生成された球状化粒子を搬出するために、球状化炉の下部に粒子搬送用の空気取り入れ口と、後段の捕集装置へとつながる粒子の搬出口とを設ける必要がある。特許文献１に記載の、従来の無機質球状化粒子の製造装置では、生成される球状化粒子の粒径が大きくなるに従って、気流に同伴されづらくなるため、球状化炉で生成した球状化粒子の収率が低下するという問題があった。したがって、球状化炉において、粒子搬送用の空気の流量を増加させる必要が生じていた。

しかしながら、後段に設置される捕集装置にサイクロンを用いる場合、サイクロンの入口に流入する空気量は、サイクロンの捕集効率を決定する上で重要であるため、常に一定である必要がある。

また、球状化炉内で生成された、原料の溶融付着物等は、サイクロンへ搬送することなく、炉下部に設けられた排出孔から排出する必要があるため、この点からも、粒子搬送用の空気の流量を極端に増加させることは望ましくない。

したがって、生成された球状化粒子を効率よく後段に設置された捕集装置へ搬出して回収するためには、球状化炉内の粒子搬送部において粒子搬送用の空気の流量を最適にする必要があった。

そこで、本発明は、球状化炉で生成した球状化粒子を効率良く搬出することができ、収率の高い無機質球状化粒子の製造装置を提供することを目的としている。

かかる課題を解決するため、
請求項１に係る発明は、無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機物質球状化粒子の製造装置であって、
球状化バーナを炉頂部に垂直下向きに備えた竪型の球状化炉と、
前記球状化炉の下流に無機質球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集手段と、を備え、
前記球状化炉が、遮断空気を導入する遮断空気導入孔と、
前記球状化バーナの火炎中で球状化された球状化粒子を導出する粒子導出孔と、
前記粒子導出孔と水平方向に対向配置された、球状化粒子の搬送用空気を前記球状化炉内に供給する第１空気供給孔と、
前記第１空気供給孔の下方に設けられた、少なくとも１以上の第２空気供給孔と、を有することを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置である。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の無機質球状化粒子の製造装置において、前記球状化炉は、円筒状部と前記円筒状部の下端に接続された円錐状部とからなり、
前記円筒状部の上端側には、前記遮断空気導入孔が設けられて当該円筒状部の炉内壁から斜め下方向に遮断空気を導入可能とされており、
前記円筒上部の下端側には、前記粒子導出孔と前記第１空気供給口とが水平方向に対向配置されており、
前記円錐状部の下端側には、少なくとも１以上の第２空気供給口が設けられていることを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置である。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の無機質球状化粒子の製造装置において、前記第１空気供給孔に接続された第１の搬送空気供給管と、前記第２空気供給孔に接続された第２の搬送空気供給管と、を備え、
前記第１及び第２の搬送空気供給管が、前記球状化炉に供給する搬送空気の流量を制御する流量制御手段をそれぞれ備えていることを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置である。

請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子の製造装置であって、前記球状化粒子捕集手段が、サイクロンと、前記サイクロンの下流に設けられたバグフィルターと、前記サイクロンと前記バグフィルターとの間に設けられた冷却空気導入部と、を有し、
前記冷却空気導入部は、流量調節機構を備えていることを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置である。

請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子の製造装置を用いて、
前記サイクロンにて粗粒子を捕集するとともに、前記バグフィルターにて微粒子を捕集することを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法である。

本発明の無機質球状化粒子の製造装置によれば、遮断空気導入孔と粒子導出孔と第１及び第２空気供給孔とを備えているため、球状化炉内の球状化粒子の搬送部分において、生成された球状化粒子を効率よく球状化粒子捕集手段へと搬出することができる。これにより、球状化粒子の収率の高い無機質球状化粒子の製造装置を提供することができる。

また、本発明の無機質球状化粒子の製造装置によれば、第１空気供給孔に接続された第１の搬送空気供給管および第２空気供給孔に接続された第２の搬送空気供給管が、球状化炉内への搬送空気の流量を制御する流量制御手段をそれぞれ備えているため、球状化炉内の球状化粒子の搬送部分における搬送空気の流量バランスを最適化することができる。これにより、サイクロンに導入する流量を変更することなく、球状化粒子を効率よくサイクロンへ搬出して、回収することができる。したがって、製品回収率を低下させることなく、サイクロンの分級性能を、一定に保つ事が出来る。

本発明の無機質球状化粒子の製造方法によれば、上記製造装置を用いて、サイクロンにて粗粒子を捕集するとともに、バグフィルターにて微粒子を捕集するため、無機質球状化粒子を効率良く得ることが出来る。

本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子の製造装置を示す概略構成図である。 本発明を適用した他の実施形態である無機質球状化粒子の製造装置を示す概略構成図である。 従来の無機質球状化粒子の製造装置を示す概略構成図である。

以下、本発明を適用した一実施形態である無機質球状化粒子の製造装置について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１に示すように、本実施形態の無機質球状化粒子の製造装置（以下、単に「製造装置」という）１は、球状化炉２と、この球状化炉２の下流に設けられた球状化粒子捕集手段であるサイクロン３及びバグフィルター４と、から概略構成されている。

この球状化炉２は、円筒状部２Ａとこの円筒状部２Ａの下端に接続された円錐状部２Ｂとから構成された竪型炉であって、その天井部にはバーナ５が、その先端側を炉内に臨ませるようにして垂直に取り付けられている。また、球状化炉２には、遮断空気導入孔６と、粒子導出孔７と、第１空気供給孔８と、２つの第２空気供給孔９と、が設けられている。

球状化炉２の上部付近には、遮断空気導入孔６が設けられており、当該円筒状部２Ａの炉内壁から斜め下方向に遮断空気を導入することができるようになっている。より具体的には、球状化炉２を構成する円筒状部２Ａの側壁に、遮断空気導入孔６が複数設置され、送風ブロア１０から供給される空気によって、溶融した無機質原料が球状化炉２の側壁に付着することを防止することが出来るようになっている。なお、遮断空気導入孔６は、円周方向及び上下方向に任意の数だけ設けることができる。

球状化炉２を構成する円筒状部２Ａの底部付近には、第１空気供給孔８が形成されており、球状化粒子の搬送用空気を球状化炉２内に供給することができるようになっている。これにより、球状化炉２において生成された球状化粒子を下流に設けられた球状化粒子捕集手段であるサイクロン３及びバグフィルター４へと効率よく搬出することができる。

球状化炉２の底部付近には、少なくとも１以上の第２空気供給孔９が形成されている。より具体的には、球状化炉２を構成する円錐状部２Ｂの中央付近および底部付近に、第２空気供給孔９が形成されており、
排出量調整用空気を円錐状部２Ｂ内に供給することができるようになっている。これにより、粒子導出孔７から排出される粒子量を調整することが出来る。

本実施形態の製造装置１では、球状化炉２に空気を供給するための送風ブロア１０が設けられており、この送風ブロア１０から炉内壁付着防止用の遮断空気と、球状化粒子の搬送用空気と、排出量調整用空気と、を供給することができるようになっている。

また、第１空気供給孔８には第１の搬送空気供給管１１が接続されており、第２空気供給孔９には第２の搬送空気供給管１２が接続されている。そして、第１及び第２の搬送空気供給管１１，１２には、ダンパー（流量制御手段）１３がそれぞれ設けられている。これにより、搬送用空気の流量と排出量調整用空気の流量と、をそれぞれ独立に制御可能とされている。そして、球状化炉２に供給する搬送用空気の流量と排出量調整用空気の流量との比率を調整することにより、後述するサイクロン３に導入される空気の総流量を変えることなく、球状化炉２を構成する円錐状部２Ｂの底部に設けられた排出孔１４から排出される粒子量を調整することができる。

球状化炉２の底部付近には粒子導出孔７が形成されており、ここから生成した球状化粒子が燃焼ガスに搬送されて導出され、ダクト１５、ダンパー１６を介してサイクロン３の入口に送られるようになっている。

また、球状化炉２を構成する円筒状部２Ａの底部付近において、粒子導出孔７と第１空気供給口１３とが水平方向に対向配置されている。これにより、球状化炉２において生成された球状化粒子を効率よく球状化粒子捕集手段であるサイクロン３及びバグフィルター４へと搬出することができる。

ダクト１５は、そのダンパー１６の上流側において、ダクト１７に接続されて分岐され、このダクト１７はバグフィルター４の入口に接続されている。

ダクト１７には、その途中に空気導入ポート（冷却空気導入部）１８が設けられており、このポート２０から適宜空気をダクト１７内に取り入れ、ダクト１７内を流れる燃焼ガスの温度を下げて調節することができるようになっている。また、空気導入ポート１８には、ダンパー（流量調節機構）１９が設けられている。
また、サイクロン３の出口にはダクト２０が接続され、このダクト２０はダンパー２１を介してバグフィルター４の入口に接続されている。

バーナ５には原料供給パイプ（図示略）が接続され、この原料供給パイプは原料フィーダー２２に接続されている。原料フィーダー２２には、原料粉体が貯えられ、キャリアガス供給源２３からのキャリアガスが送られ、このキャリアガスに所定量の原料粉体が搬送されて前記原料供給パイプを介してバーナ５に送られるようになっている。
原料粉体としては、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、ガラスなどの無機質粉末であって、その粒子形態が角を有する非球形の粒子であるものが用いられる。

原料フィーダー２２には、図示しない制御装置からの原料粉体供給量制御信号に応じて、所定量の原料粉体を送り出す送出機構が備えられている。
キャリアガスには、酸素、酸素富化空気、空気などの酸素含有ガスが用いられる。
キャリアガス供給源２３にも、図示しない制御装置からのキャリアガス供給量制御信号に応じて、所定量のキャリアガスを原料フィーダー２２に送り出す流量調整弁が備えられている。

バーナ５には燃料供給パイプ（図示略）が接続され、この燃料供給パイプは燃料ガス供給源２４に接続されている。燃料ガス供給源２４は、液化石油ガス（ＬＰＧ）、液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の燃料ガスが前記燃料ガス供給パイプを介してバーナ５に送られるようになっている。
燃料ガス供給源２４には、図示しない制御装置からの燃料ガス供給量制御信号に応じて、所定量の燃料ガスを送り出す送出機構が備えられている。

バーナ５には酸素供給パイプ（図示略）が接続され、この酸素供給パイプは酸素供給源２５に接続されている。酸素供給源２５は、前記酸素含有ガスを貯えて、これを送り出すものであって、所定量の酸素含有ガスが前記酸素供給パイプを介してバーナ５に送られるようになっている。
酸素供給源２５には、図示しない制御装置からの酸素供給量制御信号に応じて、所定量の酸素含有ガスを送り出す送出機構が備えられている。

なお、本実施形態では、バーナ５に単独の酸素供給パイプが接続されている場合を説明しているが、複数の酸素供給パイプが接続されていてもよい。すなわち、バーナ５の構造に応じて、酸素供給源２５を２以上の流路に分岐し、それぞれに送出機構を設け、それぞれの送出機構からバーナ５に接続される各酸素供給パイプに別々に酸素含有ガスを送り出し、バーナ５にそれぞれ所定量の酸素含有ガスを供給するようにしてもよい。

次に、このような製造装置１を用いた球状化粒子の製造方法を説明する。
原料フィーダー２２から、原料粉体をバーナ５におくり、原料噴出孔から原料分散室を介して図示略の燃焼室に向けて噴出する。

バーナ５の酸素供給路に所定量の酸素含有ガスを酸素供給源２５から送り込み、酸素噴出孔を経て図示略の燃焼室に向けて噴出する。
バーナ５の燃料供給路に所定量の燃料ガスを燃料ガス供給源２４から送り込み、燃料ガス噴出孔を経て燃焼室に向けて噴出する。

火炎中に噴出された原料粉体は、火炎中において、加熱されて溶融し、球状化して粒径の異なる球状化粒子となる。
ここで、遮断空気導入孔６から球状化炉２に遮断空気が導入される。この遮断空気によって、溶融した無機質原料が球状化炉２の側壁に付着することが防止されて、収率が高くなる。

この球状化粒子は、バーナ５から生成した燃焼ガスと第１空気供給孔８から導入される空気とのガスに浮遊して球状化炉２の粒子導出孔７からダクト１５、ダンパー１６を経てサイクロン３に送られる。
この際、球状化炉２に供給する搬送用空気の流量と排出量調整用空気の流量との比率が調整されているため、サイクロン３に導入される空気の総流量を変えることなく、球状化炉２の底部に設けられた排出孔１４から排出される粒子量が調整される。
また、燃焼ガスに空気を混合することでサイクロン３に導入されるガスの温度が低下し、サイクロン３での粒子捕集に適した温度となる。

サイクロン３では、ガス中に浮遊している球状化粒子のうち、粗粒の球状化粒子が捕集される。サイクロン３から導出されたガスはダクト１７を介してバグフィルター４に送られ、ここで球状化粒子のうち、細粒の球状化粒子が捕集される。

また、必要に応じて、ダクト１５のダンパー１６を閉とし、ガスをダクト１７に流して直接バグフィルター４に送ってすべての球状化粒子をここで捕集することもできる。この際、ガスの温度を下げる必要がある場合には、空気導入ポート１８から適量の空気をガスに混入することもできる。
以上の操作により、球状化炉２で生成した球状化粒子を効率良く搬出して、球状化粒子を効率よく得ることができる。

本実施形態の製造装置１によれば、製品回収率を低下させることなく、サイクロン３の分級性能を、一定に保つ事が出来る。

以下、具体例を示す。
（例１）
図２に示す装置構成の製造装置３１において、球状化粒子の製造実験を行った。
竪型球状化炉２は、内径４００ｍｍ、高さ（長さ）１５００ｍｍであって、炉内壁には、遮断空気導入孔６を円周方向４列×上下方向３段に設け、各遮断空気導入孔６から空気を噴出させて、遮断空気が炉壁にまんべんなく行き渡るようにした。

送風ブロア１０からの空気供給量は、７５０Ｎｍ^３／ｈで一定とし、原料フィーダー２２から切り出された原料を、バーナ５に供給して球状化炉２内で球状化し、後段に設けたサイクロン３ならびにバグフィルター４でそれぞれ回収した。

球状化炉２への空気の導入口は、粒子導出孔７に水平対向に配置される第１空気供給孔８の他に、第２空気供給孔９を一つだけ設けた。
遮断空気の流量は、各遮断空気導入孔６から４０Ｎｍ^３／ｈ、計４８０Ｎｍ^３／ｈを供給し、残り２７０Ｎｍ^３／ｈを第１空気供給孔８と第２空気供給孔９とから供給した。

原料粉体としてシリカ粉末（平均粒度：１０μｍ、３０μｍ）各２０ｋｇ／ｈを供給し、第１空気供給孔８と第２空気供給孔９との空気流量比を変化させ、排出孔１４とサイクロン３下部の製品取出口＊＊とで得られる製品量および平均粒度を求めた。
原料の供給量と平均粒度、各空気供給口からの空気供給量、２つの製品取出口＊＊、＊＊における製品取り出し量と平均粒度とを表１に示す。

上記結果より、本発明の装置を用いることで、後段のサイクロン３の分級性能を変えることなく、排出孔１４から排出される粒子量と、サイクロン３の製品の回収量および平均粒度を調整することが出来ることが確認された。

１，３１・・・製造装置（無機質球状化粒子の製造装置）
２・・・球状化炉（竪型の球状化炉）
２Ａ・・・円筒状部
２Ｂ・・・円錐状部
３・・・サイクロン
４・・・バグフィルター
５・・・バーナ
６・・・遮断空気導入孔
７・・・粒子導出孔
８・・・第１空気供給孔
９・・・第２空気供給孔
１０・・・送風ブロア
１１・・・第１の搬送空気供給管
１２・・・第２の搬送空気供給管
１３・・・ダンパー（流量制御手段）
１４・・・排出孔
１５・・・ダクト
１６・・・ダンパー
１７・・・ダクト
１８・・・空気導入ポート（冷却空気導入部）
１９・・・ダンパー（流量調節機構）
２０・・・ダクト
２１・・・ダンパー
２２・・・原料フィーダー
２３・・・キャリアガス供給源
２４・・・燃料ガス供給源
２５・・・酸素供給源

Claims (5)

1. 無機質粉体原料を火炎中に供給して無機質球状化粒子を生成する無機物質球状化粒子の製造装置であって、
   球状化バーナを炉頂部に垂直下向きに備えた竪型の球状化炉と、
   前記球状化炉の下流に無機質球状化粒子を捕集する球状化粒子捕集手段と、を備え、
   前記球状化炉が、遮断空気を導入する遮断空気導入孔と、
   前記球状化バーナの火炎中で球状化された球状化粒子を導出する粒子導出孔と、
   前記粒子導出孔と水平方向に対向配置された、球状化粒子の搬送用空気を前記球状化炉内に供給する第１空気供給孔と、
   前記第１空気供給孔の下方に設けられた、少なくとも１以上の第２空気供給孔と、を有することを特徴とする無機質球状化粒子の製造装置。
2. 前記球状化炉は、円筒状部と前記円筒状部の下端に接続された円錐状部とからなり、
   前記円筒状部の上端側には、前記遮断空気導入孔が設けられて当該円筒状部の炉内壁から斜め下方向に遮断空気を導入可能とされており、
   前記円筒上部の下端側には、前記粒子導出孔と前記第１空気供給口とが水平方向に対向配置されており、
   前記円錐状部の下端側には、少なくとも１以上の第２空気供給口が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の無機質球状化粒子の製造装置。
3. 前記第１空気供給孔に接続された第１の搬送空気供給管と、前記第２空気供給孔に接続された第２の搬送空気供給管と、を備え、
   前記第１及び第２の搬送空気供給管が、前記球状化炉に供給する搬送空気の流量を制御する流量制御手段をそれぞれ備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の無機質球状化粒子の製造装置。
4. 前記球状化粒子捕集手段が、サイクロンと、前記サイクロンの下流に設けられたバグフィルターと、前記サイクロンと前記バグフィルターとの間に設けられた冷却空気導入部と、を有し、
   前記冷却空気導入部は、流量調節機構を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子の製造装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の無機質球状化粒子の製造装置を用いて、
   前記サイクロンにて粗粒子を捕集するとともに、前記バグフィルターにて微粒子を捕集することを特徴とする無機質球状化粒子の製造方法。

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