JP2011144939A - ロータリーキルン - Google Patents

Abstract

【課題】熱処理中にレトルトと処理対象物が反応して製品内に汚染物質が混入することがなく、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく強度を保持でき、効率的かつ低廉に処理対象物を熱処理できるロータリーキルンを提供する。
【解決手段】本発明のロータリーキルン１は、一端側に処理対象物供給口２を有し他端側に処理対象物排出口３を有したレトルト４が軸心４ａを中心として回転可能に配されたロータリーキルンであって、レトルト４は軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとから構成されており、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの連接部付近の周囲にはセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの内側に向かって押圧する押圧部材６が配されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、粉体又はスラリーを連続的に高温で熱処理可能なロータリーキルンに関する。

従来より、粉体又はスラリー（以下、処理対象物という。）を連続的に高温で熱処理（焼成、焼結、又は乾燥等）する場合、ローラーハースキルン（トンネルキルンまたはシャトルキルン）による方法と、ロータリーキルンによる方法が採用されている。
ローラーハースキルンによる方法は、図６に示すように、匣鉢（セッター）５１内に処理対象物５２を充填し、加熱手段５３により高温に保持されている炉５０内へバッチ式または連続式で匣鉢５１を送り込んで熱処理する方法である。
他方、ロータリーキルンによる方法は、図７に示すように、円筒形の回転体（レトルト）６１を、加熱手段６２により高温に保持されている炉６０内に貫通するように、かつ、排出端６３が供給端６４より若干下方に傾斜（通常、１．５〜３°位）するように設置し、回転体６１内に順次供給される処理対象物６５が排出端６３へ移動する間に順次熱処理する方法である。

そして、後者（ロータリーキルンによる方法）は、前者（ローラーハースキルンによる方法）に比して以下のような様々な利点がある。
（１）前者は炉５０内に順次送られてくる匣鉢５１も熱処理温度に上げる必要があるのに対して、後者は回転体６１が熱処理温度に達すればよくエネルギーロスが少なく熱効率的に優れている。
（２）前者は匣鉢５１への処理対象物５２の出し入れが必要であるのに対して、後者は供給端６４より処理対象物６５を投入するのみであるため操作性に優れていると共に処理対象物の搬送機構を簡素化できる。
（３）前者は匣鉢５１の破損に伴う補充費や燃料費が高く設置スペースも大きくなるのに対して、後者は匣鉢の補充費もなく燃料費もより安価で設置スペースも小さくてすむためランニングコストを低く押さえることができる。
（４）前者は装置全体の熱容量が大きいため熱処理温度のコントロールが難しいが、後者は装置全体の熱容量が小さいため熱処理温度のコントロールを鋭敏に行える。
（５）前者は炉５０、匣鉢５１、匣鉢５１への処理対象物充填装置５４および匣鉢搬送装置などに大掛かりな投資が必要であるが、後者は前者の１／３程度の価格で設備できる。

このように、ロータリーキルンはローラーハースキルンに比べて利点が多いが、回転体が金属製であるため処理対象物と激しく反応してしまい、熱処理中に製品内に汚染物質が混入する欠点があり普及の障害となっている。

具体的には、例えば、ハイブリット車や電気自動車（ＥＶ）等にはリチウムイオン二次電池が使用されているが、このリチウムイオン二次電池は、正極材（プラス極）にコバルト酸リチウム、負極材（マイナス極）には炭素（グラファイト）が使用されている。リチウムイオン二次電池の性能は正極材および負極材の品質にかかっており、特に正極材であるコバルト酸リチウムの品質は極めて高純度なものが要求される。

このコバルト酸リチウムは、高純度なリチウム粉末と酸化コバルト粉末とを配合し、１０００℃前後の高温で焼成反応させコバルト酸リチウムに変成して製造されるが、酸化コバルトは他の金属成分とも激しく反応するため、現在はローラーハースキルンにより高純度のアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）製の匣鉢にこれらの原料を詰めて焼成している。

この焼成を利点が多いロータリーキルンで行う場合、回転体を高純度アルミナで作製することとなるが、粘土状の高純度アルミナ原料を押し出し機でチューブ状に押し出しこれを１７００℃前後の温度で焼結させて作製しなければならない。

しかし、現在、工業規模で製造できる高純度アルミナチューブはせいぜい直径６００ｍｍ、長さ１ｍ程度であり、大型のセラミックス製レトルトを有したロータリーキルンが実用化できない大きな原因となっている。

また、ロータリーキルンにおける円筒形回転体（レトルト）は、その両端付近の下部に設置されたタイヤまたはギヤ等に回転可能に支持されるが、大型のセラミックス製レトルトの場合、炉内で１０００℃に近い温度で加熱されると、強度が著しく低下（常温では４点曲げ強度ＲＴ３００ＭＰａが、１０００℃で１９０ＭＰａ程度となり４０％近く低下する。）するため、両端のタイヤ間で曲がりが発生して実用化できなかった。
特開２０００−１６１８５９号公報

そこで、本発明の課題は、熱処理中にレトルトと処理対象物が反応して製品内に汚染物質が混入することがなく、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく強度を保持でき、効率的かつ低廉に処理対象物を熱処理できるロータリーキルンを提供することにある。

上記課題を解決するものは、一端側に処理対象物供給口を有し他端側に処理対象物排出口を有したレトルトが軸心を中心として回転可能に配されたロータリーキルンであって、前記レトルトは軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブから構成されており、該セラミックス製チューブの連接部付近の周囲には該セラミックス製チューブの内側に向かって押圧する押圧部材が配されていることを特徴とするロータリーキルンである。

前記押圧部材は、前記セラミックス製チューブの連接部付近の外周に渡って設けられており、該セラミックス製チューブの中心軸に向かって押圧していることが好ましい。前記レトルトには抵抗発熱体が配されていることが好ましい。前記レトルトは、外筒内に設けられており、前記レトルトと前記外筒との間には耐火断熱材が配されていることが好ましい。前記レトルトは、外筒内に設けられており、前記レトルトと前記外筒との間には外部と連通した管状体が配されていることが好ましい。前記レトルトの一端側には該レトルトを他端側に向かって押圧する押圧機構が設けられており、前記レトルトの他端側には該レトルトの他端を係止するためのストッパーが設けられていることが好ましい。前記レトルトは、外筒内に設けられており、該外筒の軸方向に沿って複数設けられていてもよい。

請求項１に記載した発明によれば、熱処理中にレトルトと処理対象物が反応して製品内に汚染物質が混入することがなく、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく強度を保持でき、効率的かつ低廉に処理対象物を熱処理できるロータリーキルンを構成できる。
請求項２に記載した発明によれば、上記請求項の効果に加え、レトルトが直接加熱されるため、外熱式に比して熱効率が高く温度調整も精密にできる。
請求項３に記載した発明によれば、上記請求項の効果に加え、抵抗発熱体から発生する熱が外部へ放散することを防止できる。
請求項４に記載した発明によれば、上記請求項の効果に加え、耐火断熱材が吸収する熱を管状体内の空洞を介して外部に排出することができる。
請求項５に記載した発明によれば、上記請求項の効果に加え、レトルトが軸方向に膨張することを抑制できると共に、セラミックス製チューブの連接部の密着性を保持することができる。
請求項６に記載した発明によれば、上記請求項の効果に加え、大容量のセラミックス製レトルトを備えたロータリーキルンを構成できる。

本発明のロータリーキルンの一実施例の正面図である。 図１に示したロータリーキルンの側面形状を説明するための左側面概略図である。 図２のＡ−Ａ線における円筒形回転体の縦断面図である。 図１に示したロータリーキルンの押圧部材の斜視図である。 本発明のロータリーキルンの他の実施例の左側面概略図である。 ローラーハースキルンの従来例を説明するための説明図である。 ロータリーキルンの従来例を説明するための説明図である。

本発明では、レトルトを軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブで構成し、セラミックス製チューブの連接部付近の周囲にセラミックス製チューブの内側に向かって押圧する押圧部材を配したことで、熱処理中にレトルトと処理対象物が反応して製品内に汚染物質が混入することがなく、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく強度を保持でき、効率的かつ低廉に処理対象物を熱処理できるロータリーキルンを実現した。

本発明のローターキルンを図１ないし図４に示した一実施例を用いて説明する。
この実施例のロータリーキルン１は、図１ないし図３に示すように、一端側に処理対象物供給口２を有し他端側に処理対象物排出口３を有したレトルト４が軸心４ａを中心として回転可能に配されたロータリーキルンであって、レトルト４は軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃとから構成されており、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの連接部付近の周囲にはセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの内側に向かって押圧する押圧部材６が配されている。以下、各構成について順次詳述する。

このロータリーキルン１は、前述したコバルト酸リチウムを製造するためのものであり、処理対象物は高純度なリチウム粉末と酸化コバルト粉末との配合物である。ロータリーキルン１は、この処理対象物を１０００℃前後の高温で焼成反応させコバルト酸リチウムに変成するロータリーキルンであるが、基本構造として、図１または図２に示すように、外筒７と外筒７の内部において同軸的に配されたレトルト４とを備えた円筒形回転体８と、円筒形回転体８の両端にそれぞれ設けられたタイヤ９Ａ，９Ｂと、タイヤ９Ａ，９Ｂを回転可能に支持する回転支持部１０Ａ，１０Ｂと、一端側に設けられ処理対象物をレトルト４内に投入するための処理対象物供給手段１１と、他端側に設けられ加熱処理された処理対象物を排出するための処理対象物排出フード１２を有している。

そして、ロータリーキルン１は、レトルト４の他端側（処理対象物排出側）が一端側（処理対象物供給側）より若干低くなるように円筒形回転体８が回転支持部１０Ａ，１０Ｂに設置されており、処理対象物をレトルト４の処理対象物供給口２から投入し、加熱処理（焼成）を行いながら円筒形回転体８を回転させると、処理対象物がレトルト４の処理対象物排出口３に順次移動し処理対象物排出フード１２を経て外部に排出されるように構成されている。

レトルト４は、内部に処理対象物を投入して焼成するためのものであり、円筒形を有しており、図３に示すように、一端側に処理対象物供給口２を有し他端側に処理対象物排出口３を有している。レトルト４は高純度アルミナにて形成されており、すなわち、リチウム粉末と酸化コバルト粉末との配合物からコバルト酸リチウムを変成するに際して処理対象物と反応しない材料にて形成されている。

レトルト４は、軸方向に沿って連接された３本のセラミックス製（高純度アルミナ製）チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃから構成されており、連接部においてはセラミックス製チューブの端面同士が面接合されている。

セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの連接部付近の周囲にはセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの内側に向かって押圧する押圧部材６（金属製またはセラミックス製）がそれぞれ配されている。具体的には、押圧部材６は、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの連接部（継ぎ目）付近の外周に渡って複数設けられており、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの軸心４ａに向かって押圧するように配されている。より具体的には、押圧部材６は、図４に示したように、セラミックス製チューブ５の外周面と略同一の内周面を有する環状体が複数（３つ）に分割された形態のテーパリング部材で構成されており、これらテーパリング部材６ａ，６ｂ，６ｃは、幅方向他端側に向かうにつれて厚みが漸増するように形成されている。

そして、押圧部材６の基端面（肉厚側の端面）は、外筒７の内面に固着された金属製外郭フレーム１３にスプリング機構１４を介して取り付けられた加圧板１５に押し当てられていると共に、押圧部材６の外周面は金属製外郭フレーム１３の下端面によってセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの内側（軸心４ａ）に向かって押圧されている。すなわち、スプリング機構１４の略水平方向への付勢力が金属製外郭フレーム１３と加圧板１５との離間距離を縮めるように作用しているため、加圧板１５側に向かうほど肉厚となるように配された押圧部材６はくさび効果を発揮し、金属製外郭フレーム１３の下端面が押圧部材６の外周面を、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの軸心４ａに向かって強固に押圧し続けるように作用している。

このように、本発明のロータリーキルンは、レトルトを例えば処理対象物と反応しない複数のセラミックス製チューブを軸方向に連接して構成しても、連接部付近の周囲に押圧部材を配して連接強度を増大させ、特に軸心付近で押圧力が相殺されるように周囲から均等に押圧することで、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく連接性および全体としての強度を保持できる。

レトルト４の外周には、図３に示すように、抵抗発熱体１７が螺旋状に巻回されており、スリップリング１６を介して電力が供給されるように構成されている。このような構造を採用することでレトルト４は直接加熱されるため、外熱式に比して熱効率が高く温度調整も精密にできる。

レトルト４は、外筒７内に設けられており、レトルト４と外筒７との間には、図３に示すように、耐火断熱材１８が配されている。これにより、抵抗発熱体１７から発生する熱が外部へ放散することを防止できる。

また、レトルト４と外筒７との間には、図２または図３に示すように、円筒形回転体８内の全長に渡って配され両端にてそれぞれ外部と連通した管状体１９が設けられている。これにより、耐火断熱材１８が吸収する熱を管状体１９内の空洞を介して外部に排出することができる。

さらに、レトルト４の一端側には、図３に示すように、レトルト４を他端側に向かって押圧する押圧機構２０が設けられており、レトルト４の他端側にはレトルト４の他端を係止するためのストッパー２１が設けられている。これにより、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの接合体であるレトルト４は、一端側において押圧機構２０によって他端側に向かって押圧（処理対象物供給口の端面が押圧）され続けており、他端側においてはストッパー２１がレトルト４の他端面（処理対象物排出口の端面）に当接して他端側へのそれ以上の移動が阻止されているため、レトルト４が軸方向に膨張することを抑制できると共に、セラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃの連接部の密着性が保持されている。

具体的には、押圧機構２０は、レトルト４の一端面と当接する押圧部材（環状盤）２０ａと、押圧部材（環状盤）２０ａを他端側に向かって押圧するスプリング部材２０ｂとから構成されており、他方、ストッパー（レトルト４の一端面と当接する環状盤）２１はその周縁部が他端フレーム２２に固定されることによってストッパー機構として機能するように構成されている。

このように、レトルト４は、前述したように連接部付近の周囲に押圧部材６を配して強度が増大されていると共に、押圧機構２０とストッパー２１により軸方向に圧縮されプレストレスされているため、レトルトが両端のタイヤ間で曲がってしまうこともなく強度が保持されている。

つぎに、図５に示した本発明のロータリーキルン３０について説明する。
この実施例のロータリーキルン３０と前述したロータリーキルン１との基本的な相違は、外筒３１内に軸方向に沿って複数（５本）のレトルト３２が設けられている点であり他は同様である。ロータリーキルン１と同一構成部分につては同一符号を付し説明を省略する。そして、図示しないが、各レトルト３２は軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブから構成されており、セラミックス製チューブの連接部付近の周囲にはセラミックス製チューブの内側に向かって押圧する押圧部材が配されている。この実施例のように、外筒内に複数のレトルト３２を配することで、大容量のセラミックス製レトルトを備えたロータリーキルンを構成できる。

なお、前述した実施例のロータリーキルン１のレトルト４は円筒形に形成されているが、これに限定されるものではなく、多角筒状体に形成されたものも本発明の範疇に包含される。ロータリーキルン１のレトルト４は高純度アルミナにて形成されているが、これに限定されるものではなく、処理対象物に応じて選定されたセラミックス製レトルトを広く包含するものである。ロータリーキルン１のレトルト４は軸方向に沿って連接された３本のセラミックス製チューブ５Ａ，５Ｂ，５Ｃから構成されているが、３本に限定されるものではなく、複数のセラミックス製チューブから構成されたものは広く本発明の範疇に包含される。さらに、この実施例のレトルト４の外周には、抵抗発熱体１７が螺旋状に巻回されているが、これに限定されるものではなく、レトルトに抵抗発熱体が配されたものは広く本発明の範疇に包含される。さらに、本発明のロータリーキルンには、外筒側に加熱手段が設けられ、その輻射熱によりレトルトが加熱される外熱式のものも含まれる。

１ ロータリーキルン
２ 処理対象物供給口
３ 処理対象物排出口
４ レトルト
５ セラミックス製チューブ
６ 押圧部材
７ 外筒
８ 円筒形回転体
９ タイヤ
１０ 回転支持部
１１ 処理対象物供給手段
１２ 処理対象物排出フード
１３ 金属製外郭フレーム
１４ スプリング機構
１５ 加圧板
１６ スリップリング
１７ 抵抗発熱体
１８ 耐火断熱材
１９ 管状体
２０ 押圧機構
２１ ストッパー
２２ 他端フレーム

Claims (6)

1. 一端側に処理対象物供給口を有し他端側に処理対象物排出口を有したレトルトが軸心を中心として回転可能に配されたロータリーキルンであって、前記レトルトは軸方向に沿って連接された複数のセラミックス製チューブから構成されており、該セラミックス製チューブの連接部付近の周囲には該セラミックス製チューブの内側に向かって押圧する押圧部材が配されていることを特徴とするロータリーキルン。
2. 前記レトルトには抵抗発熱体が配されている請求項１に記載のロータリーキルン。
3. 前記レトルトは、外筒内に設けられており、前記レトルトと前記外筒との間には耐火断熱材が配されている請求項２に記載のロータリーキルン。
4. 前記レトルトは、外筒内に設けられており、前記レトルトと前記外筒との間には外部と連通した管状体が配されている請求項２または３に記載のロータリーキルン。
5. 前記レトルトの一端側には該レトルトを他端側に向かって押圧する押圧機構が設けられており、前記レトルトの他端側には該レトルトの他端を係止するためのストッパーが設けられている請求項１ないし４のいずれかに記載のロータリーキルン。
6. 前記レトルトは、外筒内に設けられており、該外筒の軸方向に沿って複数設けられている請求項１ないし５のいずれかに記載のロータリーキルン。

Images