JP2012102901A - Rotary furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転炉に関する。 The present invention relates to a rotary furnace.
回転炉は、傾斜させた回転管内にて、回転管の回転運動と、被熱処理物と回転管の間の摩擦力および重力により、被熱処理物を移動させながら熱処理を行う構造の炉である。 The rotary furnace is a furnace having a structure in which heat treatment is performed while moving the material to be heat-treated in the inclined rotating tube by the rotational motion of the rotating tube and the frictional force and gravity between the material to be heat-treated and the rotating tube.
回転炉は、プッシャーにより被熱処理物を搭載した台板を炉内に移動させる炉であるプッシャー炉と比較すると、連続処理が可能で、かつ均一な熱処理が可能であるという長所がある。 The rotary furnace has an advantage that continuous processing is possible and uniform heat treatment is possible, compared with a pusher furnace which is a furnace in which a base plate on which an object to be heat-treated is moved by a pusher.
回転炉を加熱部の位置により大別すると、加熱部が回転管の内部にある構造(内熱式と呼ぶ)と回転管の外部にある構造(外熱式と呼ぶ)に分けられる。 When the rotary furnace is roughly classified according to the position of the heating unit, it is divided into a structure in which the heating unit is inside the rotary tube (referred to as an internal heating type) and a structure outside the rotary tube (referred to as an external heating type).
前者の回転炉の具体的な構造としては、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータ等の加熱部を配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造がある(特許文献1)。 As a specific structure of the former rotary furnace, there is a structure in which a heating part such as a resistance heating type heater is disposed inside the rotary furnace and the object to be heat-treated is mainly heated by radiant heat (Patent Document 1).
後者の回転炉の具体的な構造としては、回転管の外部で加熱したガスを回転管内部に流すことにより被熱処理物を加熱するというものがある(特許文献2、特許文献3、特許文献4)。
As a specific structure of the latter rotary furnace, there is one that heats an object to be heat-treated by flowing a gas heated outside the rotary tube into the rotary tube (
また、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造も知られている(特許文献5)。 Further, an external heating type structure in which a heating unit is disposed outside the rotary tube is also known (Patent Document 5).
しかしながら、上記した構造には以下のような問題があった。 However, the above structure has the following problems.
まず、特許文献1のように、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータを配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造の場合、例えば被熱処理物がAl、W、Ti、V、Cr、Zrなどの金属酸化物と炭素の混合物であるときがある。
First, as in
このような混合物に還元炭化、還元窒化や還元炭窒化を行う際には、水素や窒素などの雰囲気中で、回転炉を1200℃以上、場合によっては2000℃の高温に加熱する必要があるため、ヒータや回転管の材質をグラファイトとすることがある。 When performing reductive carbonization, reductive nitriding or reductive carbonitriding on such a mixture, it is necessary to heat the rotary furnace to a high temperature of 1200 ° C. or higher, and in some cases 2000 ° C. in an atmosphere such as hydrogen or nitrogen. The material of the heater and the rotating tube may be graphite.
この際、酸化物の還元により水(H2O)、またはCO、CO2などの炭酸ガスのような、酸素(O)を含むガスが発生する。このため、高温域ではヒータや回転管を構成するグラファイトと水やCO2が安定なCOを形成し、局所的にグラファイトの消耗が発生し、安定した加熱温度での操業や加熱処理の連続操業ができなくなるという問題があった。 At this time, gas containing oxygen (O) such as water (H 2 O) or carbon dioxide such as CO or CO 2 is generated by reduction of the oxide. For this reason, in the high temperature range, graphite and water and CO 2 constituting the heater and the rotating tube form stable CO, resulting in local consumption of graphite, operation at a stable heating temperature and continuous operation of heat treatment. There was a problem that could not be.
一方、特許文献2〜4に記載された、反応域外で雰囲気ガスを加熱し熱したガスを流す構造では、ヒータ部の消耗を抑えることは可能であるものの、抵抗加熱型ヒータを用いた構造と比べて熱効率が劣ってしまうという問題があった。
On the other hand, in the structure described in
また、熱したガスを用いるという性質上、ガスを流す配管等にも耐熱構造が必要となるため、抵抗加熱型ヒータと比べると加熱温度を高温にするのが困難であるという問題もあった。 In addition, due to the property of using heated gas, a heat-resistant structure is also required for the piping through which the gas flows, so that there is a problem that it is difficult to raise the heating temperature as compared with the resistance heating type heater.
さらに、特許文献5に示すような、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造においては、ヒータの消耗は抑えられるものの、熱エネルギーが回転管外壁以外にも消費される為、内熱式の構造と比較して熱効率が悪くなるという問題があった。
Furthermore, in the external heating type structure in which the heating unit is disposed outside the rotary tube as shown in
また、内熱式の構造と比較して、加熱部を保護する断熱材などの外枠が大きくなり、炉が大型化するという問題があった。 In addition, as compared with the internal heat type structure, there is a problem that an outer frame such as a heat insulating material for protecting the heating portion becomes large and the furnace becomes large.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能な回転炉を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and a technical problem thereof is to provide a rotary furnace that is more excellent in thermal efficiency than conventional ones and can suppress heater consumption.
上記した課題を解決するために、本発明は、回転可能な中実の回転体と、前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、を有することを特徴とする回転炉である。 In order to solve the above-described problems, the present invention includes a rotatable solid rotating body, a heating space provided inside the rotating body so as to include a rotation center axis of the rotating body, and the rotating A resistance heating type heater disposed in the heating space so as to include a central axis; and a heat treatment space provided around the heating space along the rotational central axis and into which an object to be heat-treated is charged. And a rotary furnace characterized by comprising:
本発明においては、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能で連続操業が容易な回転炉を提供することができる。 In the present invention, it is possible to provide a rotary furnace that is superior in heat efficiency than the conventional one, can suppress the consumption of the heater, and can be easily operated continuously.
以下、図面を参照して本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments suitable for the invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本実施形態に係る回転炉1の概略構成について、図1、図2および図4を参照して説明する。
First, a schematic configuration of the
図1、図2および図4に示すように、回転炉1は、回転可能に設けられ、内部に加熱用の抵抗加熱式のヒータ29が配置されるヒータ設置用空間15(加熱用空間)および被熱処理物としての原料粒子16が通過する粒子反応用空間14(熱処理空間)とを有する中実の回転管3を回転体として有している。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
図1では回転管3は、その回転中心軸53が水平面55に対して傾斜して設けられており、傾斜角度αは傾斜角度調整機構28によって所定の角度に調整されている。
In FIG. 1, the
回転炉1は、また、ヒータ設置用空間15内に配置されたヒータ29、回転管3の周囲に設けられ、回転管3を保持する固定管2、固定管2の周囲に設けられ、ヒータ29から発生した熱の逃げを防止する断熱材7、回転管3を回転させるための駆動機構37、回転管3の上端側(両端面のうち、傾斜した状態で上側に位置する端面)に設けられ、原料粒子16を貯蔵・供給するための原料容器21、原料粒子16を回転管3内に投入するための原料投入口6、および、回転管3の下端側(両端面のうち、傾斜した状態で下側に位置する端面)に設けられ、熱処理された反応粒子17を回収する製品容器22を有している。
The
さらに、ヒータ29の両端には電極25が設けられ、電極25は電源26に接続されている。
Furthermore,
また、回転炉1は、回転管3の下端側に設けられ、回転管3のヒータ設置用空間15および粒子反応用空間14内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給口27、回転管3の上端側に設けられ、雰囲気ガスおよび反応ガスを排気する排気口24、および回転管3の温度を測定する非接触式温度測定器9を有している。
The
なお、図1では加熱処理雰囲気に置換する為の排気口を省略している。 In FIG. 1, an exhaust port for replacing the heat treatment atmosphere is omitted.
次に、図1〜7を参照して、回転炉1の各構成要素について、詳細に説明する。
Next, with reference to FIGS. 1-7, each component of the
回転管3は原料粒子16を加熱することにより熱処理を行い、反応粒子17を生成する部材であり、中央部には、回転中心軸53を含むように回転管3を貫通して設けられたヒータ設置用空間15を有し、ヒータ設置用空間15内にヒータ29が配設されている。
The rotating
ヒータ設置用空間15の両側の端部(開放端)には、原料粒子16が反応した際に発生するガスと回転管3内部のヒータ29とが接しないようにするため、グラファイト等で構成されたヒータ空間雰囲気保護リング13が設けられている。なお、ヒータ29の両端部は抵抗加熱のため中央部に比較し低温であり加熱処理により発生するガスと反応し局所的な消耗が起き難いため、ヒータ空間雰囲気保護リング13はヒータ設置用空間15の両側の端部に配設している。
The ends (open ends) on both sides of the
回転管3はまた、ヒータ設置用空間15の周囲に、回転中心軸53に沿って回転管3を貫通して設けられた熱処理空間、即ち粒子反応用空間14を有している。
The
詳細は後述するが、粒子反応用空間14を原料容器21から原料投入口6を通じて回転管3内に投入された原料粒子16が通過すると、ヒータ29によって加熱された回転管3の熱、また雰囲気ガス供給口27から粒子反応用空間14内に供給された雰囲気ガスとの作用等により、原料粒子16が加熱反応処理される。
As will be described in detail later, when the
なお、図1、図2、および図4では回転管3は円筒であるため、円筒の中空部分がヒータ設置用空間15を構成し、円筒の肉厚部分に粒子反応用空間14が形成されている。
1, 2, and 4, since the
ここで、粒子反応用空間14は、回転中心軸53からの距離が等しくなるようにヒータ設置用空間15の周囲に均等配置されるのが望ましい。
Here, it is desirable that the
さらに、粒子反応用空間14は、軸断面形状(軸方向に垂直な断面形状)が同一形状である方が望ましい。
Further, it is desirable that the
また、図4では粒子反応用空間14は軸断面形状が円形となっているが、必ずしも円形に限定されるものではなく、例えば多角形や星型の孔でもよい。
In FIG. 4, the
ただし、原料粒子16と接する粒子反応用空間14の内壁が、原料粒子16と反応し、消耗する材料で構成されているときは、軸断面形状は、長時間処理しても形状が変化し難いものであるのが望ましい。
However, when the inner wall of the
具体的には、軸断面形状としては、被熱処理物の流れ性、滞留時間が変わり難い円形が望ましい。 Specifically, as the axial cross-sectional shape, a circular shape in which the flowability and residence time of the object to be heat-treated is difficult to change is desirable.
詳細は後述するが、このように、ヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14を回転管3内に別々に設け、原料粒子16を主に粒子反応用空間14の内壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ29が原料粒子16、反応粒子17および反応により発生するガスと接しない構造とすることにより、熱処理中のヒータ29の消耗を防止でき、連続処理が可能となると共に、原料粒子16を均一に加熱できる。
Although details will be described later, the
回転管3を構成する材料は、1200℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよく、被熱処理物への不純物混入なども考慮し適宜選択すればよい。
When the material constituting the
ヒータ29は前述のように抵抗加熱型ヒータであり、図2に示すように、中央部分が中央ヒータ4を構成し、両端は、中央ヒータ4よりも径が大きく、電極25と接続される端部ヒータ5を構成している。
As described above, the
ヒータ29は回転中心軸53を含むように配設されている。なお、図4ではヒータ29(中央ヒータ4)の中心軸と回転管3の回転中心軸53が一致しているが、回転中心軸53がヒータ29内に含まれるのであれば、ヒータ29の中心軸と回転中心軸53が一致しない偏心した配置としてもよい。
The
また、図2には1つの中央ヒータ4と2つの端部ヒータ5を有するヒータ29が例示されているが、3つ以上の組み合わせを有していてもよい。
2 illustrates the
また、前述のように、ヒータ29は抵抗加熱型ヒータであるため、端部ヒータ5に接続された電極25は電源26に通じている。
Further, as described above, since the
即ち、電源26を用いて、ヒータ29両端の電極25を介してヒータ29に電流を流すと、ヒータ29は抵抗により加熱される。
That is, when current is passed through the
この際、電源26を用いて電流、電圧を制御することにより、ヒータ29の温度を任意に設定可能である。
At this time, the temperature of the
なお、ヒータ29の温度、即ち反応域の温度分布は、電流、電圧を制御するだけではなく、中央ヒータ4の径によっても任意に変えることが可能である。
The temperature of the
具体的には、中央ヒータ4全体を同じ径とするのではなく、高温としたい範囲を、他の部分よりも小さい径に形成すればよい。
Specifically, the entire
また、ヒータ29の材料としては、加工性のよいグラファイトが挙げられるが、通電による抵抗加熱で、原料粒子16を必要な温度域まで加熱できるものであれば、必ずしもグラファイトには限定されない。
The material of the
また、電極25を構成する材料は通電が得られるものであればよく、例えばCuなどが用いられる。
Moreover, the material which comprises the
また、図2に示すように、中央ヒータ4の、回転管3の下端側の端部は、その内部にヒータ空間ガス供給孔12が設けられている。
Further, as shown in FIG. 2, a heater space
ヒータ空間ガス供給孔12は、ヒータ設置用空間15に、ヒータ29の消耗を防ぐための雰囲気ガスを供給するための孔であり、一端がヒータ設置用空間15内に配置された(中央ヒータ4の)側面を貫通し、他の端部がヒータ設置用空間15外に配置された(中央ヒータ4の)側面を貫通しており、中央ヒータ4に取り付けられた絶縁体リング11を介してヒータ空間ガス供給ノズル10(供給手段)と連通している。
The heater space
ヒータ空間ガス供給ノズル10はステンレスやCuなどで構成された配管であり、雰囲気ガス供給口27から雰囲気ガスが供給されるようになっている。なお、図1では雰囲気ガス供給口27は1ヶ所としているが、粒子反応用空間14へ供給する雰囲気ガス供給口27とヒータ設置用空間15へ供給するヒータ空間ガス供給ノズル10は、流量を別と出来るよう実際は複数あるようにしている。またヒータ設置用空間15へ供給するガスは被熱処理物の雰囲気と同じでもよいし、場合によってはヒータ29の消耗を防ぐものであればその他のガスであっても構わない。
The heater space
絶縁体リング11を構成する材料は、ヒータ設置用空間15へ雰囲気ガスを供給するノズルが通電加熱されたヒータ29と接する場合の導通を考慮し、絶縁性があり、かつ溶融し難い高融点のものを利用する。
The
このような材料としては、例えば、融点が約2700℃である窒化ホウ素(BN)や融点が約2050℃であるアルミナ(Al2O3)が挙げられる。 Examples of such a material include boron nitride (BN) having a melting point of about 2700 ° C. and alumina (Al 2 O 3 ) having a melting point of about 2050 ° C.
なお、ヒータ設置用空間15に供給された雰囲気ガスはヒータ空間雰囲気保護リング13とヒータ29との隙間から排出され、排気口24から外部に排出される。
The atmosphere gas supplied to the
固定管2は、回転管3を支持・固定する部材である。
The fixed
図1および図2では固定管2は円筒管状であるが、回転管3を支持・固定できればどのような形状でもよい。また固定管2は複数の部材から構成されていてもよい。
In FIG. 1 and FIG. 2, the fixed
固定管2を構成する材料としては、回転管3を1200℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよい。
As a material constituting the fixed
断熱材7は、固定管2の周囲に配設することにより、熱の逃げを防止し、熱効率を上昇させる部材である。
The
断熱材7の具体的な材料としては、アルミナを主成分とするレンガや中空粒子などが挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
Specific materials for the
なお、図1には記していないが、熱効率をより上昇させるためには、炉体全体にも断熱材7を配するのが望ましい。
Although not shown in FIG. 1, in order to further increase the thermal efficiency, it is desirable to dispose the
駆動機構37は、回転管3を回転させる部材であり、モータ39およびモータ39の図示しない回転軸に連結された第1ギヤ41とを有している。
The
また、図1では回転管3の外周には第1ギヤ41と噛み合う第2ギヤ43が配設されており、第1ギヤ41と第2ギヤ43が噛み合った状態で、モータ39を所定の速度で回転させることにより、回転管3を所定の回転速度で回転させることができる。
In FIG. 1, a
傾斜角度調整機構28は、回転管3の傾斜角度αを調整する油圧ジャッキ等の部材であり、傾斜角度αを調節することにより原料粒子16の回転管3内の滞留時間を任意に変えることが可能である。
The tilt
即ち、傾斜角度αを大きくすればするほど原料粒子16の滞留時間は短くなり、傾斜角度αを小さくすればするほど、原料粒子16の滞留時間は長くなる。
That is, the residence time of the
非接触式温度測定器9は回転管3の温度を測定する装置であり、例えば、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計である放射温度計を利用する。
The non-contact type
非接触式温度測定器9のより具体的な例としては、1000〜2000℃域の測定レンジのCHINO製型番FL2NNO3などが挙げられる。
As a more specific example of the non-contact
非接触式温度測定器9による温度測定は、回転管3の原料粒子16の入口または出口方向から直接、回転管3内の温度を測定する方法はヒータ空間雰囲気保護リング13に温度測定用の孔を設けなければ容易ではないため、図2に示すように、回転管3の外壁温度を回転炉1の炉体側面から温度測定口8を通じて測定することにより、回転管3内の温度を測定する方法が好ましい。
The temperature measurement by the non-contact type
なお、炉体側面から温度測定を行う場合、測定箇所はひとつであっても複数であってもよい。 In addition, when measuring temperature from the furnace body side surface, the number of measurement points may be one or plural.
また、非接触式温度測定器9を電源26に接続し、非接触式温度測定器9が測定した温度をフィードバックすることにより、電源26が昇温または降温などの制御を行う構成にしてもよい。
Further, the non-contact
原料投入口6は、原料粒子16を粒子反応用空間14に投入するための穴であり、図2では、原料供給手段としての原料粒子供給用治具20(原料供給用治具)に設けられている。原料投入口6は、原料容器21から原料粒子16が投入されるように、原料容器21の下方に設けられている。
The raw material inlet 6 is a hole for introducing the
より具体的に説明すると、原料粒子供給用治具20は回転管3の上端面を覆うように設けられたリング状の部材であり、原料投入口6は、一端が原料粒子供給用治具20の、粒子反応用空間14と対向する面を貫通して粒子反応用空間14と連通するように、他端が原料粒子供給用治具20の側面を貫通するように設けられた貫通孔である。原料粒子16は回転する原料粒子供給用治具20と固定された原料投入口6の孔の位置が一致したとき、粒子反応用空間14内に供給される。
More specifically, the raw material
ただし、原料供給手段の構造は必ずしも図2に示す構造に限定される訳ではなく、図6および図7に示すような構造も可能である。 However, the structure of the raw material supply means is not necessarily limited to the structure shown in FIG. 2, and the structures shown in FIGS. 6 and 7 are also possible.
例えば、図6では原料投入口6は固定管2に設けられている。
For example, in FIG. 6, the raw material inlet 6 is provided in the fixed
また、図6では、回転管3の粒子反応用空間14から回転管3の側面(回転管3の固定管2との対向面)に向けて貫通して設けられた貫通孔51が設けられており、原料投入口6と貫通孔51で原料供給手段を構成している。
Further, in FIG. 6, a through
この構成では、原料投入口6は、所定の回転角度で貫通孔51と重なる(対向する)ように形成されている。
In this configuration, the raw material inlet 6 is formed so as to overlap (oppose) the through
そのため、回転中の回転管3において、貫通孔51と固定管2の原料投入口6が重なった時、即ち、貫通孔51と原料投入口6が対向した時に原料粒子16が回転管3の粒子反応用空間14内に投入される。
Therefore, in the rotating
一方、図7に示す構造では、粒子反応用空間14の端部(外部への露出部)に設けられたC字状の原料粒子供給用治具20aが原料供給手段を構成している。
On the other hand, in the structure shown in FIG. 7, a C-shaped raw material
より具体的には、原料粒子供給用治具20aは、回転管3の上端側における粒子反応用空間14の端部の周囲に設けられている。
More specifically, the raw material
さらに、原料粒子供給用治具20aは、少なくとも回転管3の外周と対向する側が切り欠き形成されたC字状の形状を有しており、粒子反応用空間14に原料粒子16を、C字型の欠損部から間欠挿入させる構造となっている。
Furthermore, the raw material
なお、原料粒子供給用治具20、20aを構成する材料は、装置稼動時の加熱に耐えられ、かつ原料粒子16を汚染しないものであればよい。
The material constituting the raw material particle supply jigs 20 and 20a may be any material that can withstand the heating during operation of the apparatus and does not contaminate the
このような材料としては、例えば原料粒子16に炭素が含まれる場合、グラファイトが挙げられる。
An example of such a material is graphite when the
雰囲気ガス供給口27および排気口24は、雰囲気ガスの回転炉1への導入および排気を行う部材である。ただし、排気口24は、原料粒子16の反応によって生じたガスの排気も行う。
The atmosphere
雰囲気ガス供給口27および排気口24の材質は任意に選択すればよく、例えば、ステンレスやCuなどの配管が利用できる。
The material of the atmosphere
雰囲気ガス供給口27および排気口24の位置は、図1ではそれぞれ、回転管3の下端の下方、および上端の上方に設けられている。
The positions of the atmospheric
ただし、雰囲気ガス供給口27および排気口24の位置は、雰囲気ガスと原料粒子16の加熱反応により発生するガスの比重を考慮して設置位置が決定されるため、必ずしも図1の位置に限定されるものではない。
However, the positions of the atmospheric
また、雰囲気ガス供給口27は、回転管3の端部まで伸ばしてもよいし、熱処理後の反応粒子17を冷却するために、粒子反応用空間14の出口(製品容器22側の端部)に雰囲気ガスを供給するような位置に設けてもよい。ヒータ空間ガス供給孔12も図2では粒子反応用空間14の出口側に記載してあるが、入口側でも構わない。
Further, the atmospheric
原料容器21は原料粒子16を一時的に貯蔵し、また回転管3内へ供給する部材であり、上下端の少なくとも一部が開放された箱型(筒型)の形状を有している。
The
原料容器21の内部には、原料粒子16の供給量を制御するスクリューフィーダ等の原料定量供給機構19が設けられている。
A raw material
以上が回転炉1の各構成要素の詳細の説明である。
The above is the detailed description of each component of the
次に、回転炉1を用いた原料粒子16の熱処理の手順について、図1〜図7を参照して説明する。
Next, the procedure of the heat treatment of the
まず、原料粒子16を作製する。具体的には、原料を所定の割合で調合し、反応性などを考慮した所定の寸法、形状に成形する。原料粒子16は、粒子反応用空間14を滞留することなく移動できるよう例えば公知の押出装置やプレス装置を利用した造粒装置で成形し、その後乾燥することが好ましい。
First,
原料粒子16の形状は特に限定されないが、原料粒子16が球状の場合、回転管3内滞留時間を確保できないため、球状は避けた方が好ましい。
The shape of the
なお、原料粒子16の具体的な形状としては、例えば円柱形状やボタン形状のものが挙げられる。
In addition, as a concrete shape of the raw material particle |
次に、雰囲気ガス供給口27からヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14に雰囲気ガスを導入し、炉内の雰囲気全体を置換した後、駆動機構37を用いて回転管3を回転させる。
Next, atmospheric gas is introduced into the
なお、ヒータ設置用空間15に導入する雰囲気ガスの量は、原料粒子16が反応する際に生じる反応ガス等が流入しない程度、即ちヒータ29が導入された雰囲気ガス以外のものと反応し消耗することを防ぐ程度の量であればよいので、粒子反応用空間14に導入する雰囲気ガスの量と比較して少なくてよい。
It should be noted that the amount of the atmospheric gas introduced into the
逆に、ヒータ設置用空間15に雰囲気ガスを多量に供給した場合、雰囲気ガスにより中央ヒータ4にて加熱された雰囲気ガスが排気され、熱効率が悪化するため、好ましくない。
On the contrary, when a large amount of atmospheric gas is supplied to the
次に、電源26を用いて、電極25を介してヒータ29に電流を流し、抵抗によりヒータ29を加熱させる。
Next, using the
加熱されたヒータ29は、ヒータ設置用空間15内の雰囲気ガスを通じての熱伝導および輻射熱により回転管3のヒータ設置用空間15の内壁を加熱するため、ヒータ29から発生した熱は回転管3内を伝わり、粒子反応用空間14の内壁を加熱する。
Since the
次に、非接触式温度測定器9で回転管3の温度を測定する。
Next, the temperature of the
この温度が所定の温度に達し、かつ安定すると、原料容器21から原料粒子16が原料投入口6を介して粒子反応用空間14内に投入される。
When this temperature reaches a predetermined temperature and stabilizes, the
投入された原料粒子16は回転管3の回転により管壁に沿って巻き上がりながら、回転管3が傾斜していることによる重力の作用により回転管3内を移動する。
The charged
この際、原料粒子16は、粒子反応用空間14の内壁によって加熱され、組成や雰囲気ガスの種類に応じて所定の反応を生じ、反応粒子17となる。
At this time, the
反応粒子17が粒子反応用空間14の下端部に達すると、反応粒子17は製品容器22内に回収される。
When the
なお、雰囲気ガス供給口27からヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14に導入された雰囲気ガスは、原料粒子16が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子16と雰囲気ガスとの反応による反応ガスと共に排気口24から排気される。
The atmosphere gas introduced into the
ここで、図3および図5に示す従来技術に係る回転炉1aのように、ヒータ設置用空間15a内で原料粒子16を加熱する構造の場合、即ち、ヒータ設置用空間15aと粒子反応用空間14aを1つの空間で兼用する構造の場合、原料粒子16が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子16と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ4や回転管3と反応し、これらを消耗させる場合がある。このとき、より高温であり反応が起こり易い中央ヒータ4の消耗が顕著となり易い。
Here, as in the rotary furnace 1a according to the prior art shown in FIGS. 3 and 5, in the case where the
中央ヒータ4が消耗した場合、連続処理するうちに、ヒータ径が細くなり、所望の温度分布から外れることになる。
When the
また、中央ヒータ4の消耗がさらに進行すると、中央ヒータ4が折れる可能性もある。
Further, if the
一方、中央ヒータ4だけでなく、回転管3も反応により消耗して断管が発生し、連続加熱処理ができなくなる可能性もある。
On the other hand, not only the
しかしながら、回転炉1においては、ヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14が回転管3内に別々に設けられており、原料粒子16を主に回転管壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ29が原料粒子16や反応粒子17、即ち原料粒子16が加熱されることにより発生する反応ガスおよび原料粒子16と雰囲気ガスとの反応により発生する反応ガスと接しない構造となっている。
However, in the
そのため、原料粒子16の加熱により発生する反応ガスや、原料粒子16と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ4と反応してこれを消耗させることはない。
Therefore, the reaction gas generated by heating the
また、従来の回転炉1aでは、原料粒子16は主にヒータ29からの輻射熱により直接加熱されることになるが、回転炉1においては、原料粒子16は主に粒子反応用空間14の内壁からの熱伝導にて加熱される。
In the conventional rotary furnace 1a, the
そのため、従来の回転炉1aのように主に輻射熱で直接加熱されるより穏やかな加熱が可能になり、回転管3の局所的な消耗を防止でき、かつ反応粒子17の品質を均一にできる。
For this reason, it is possible to perform heating more gently than that directly heated by radiant heat as in the conventional rotary furnace 1a, to prevent local exhaustion of the
また、従来の回転炉1aは、加熱された熱エネルギーが、殆ど原料粒子16と接しない回転管3aの内壁に供給され、回転管3と接する固定管2および断熱材7へと熱伝導にて伝達する構造となっているが、回転炉1においては、中央ヒータ4で加熱された熱エネルギーは雰囲気ガスの排出によるもの以外は回転管3、即ちヒータ設置用空間15の内壁から粒子反応用空間14の内壁の間の部材へと蓄熱されるため、より効率的に加熱処理ができる。
Further, in the conventional rotary furnace 1a, the heated thermal energy is supplied to the inner wall of the rotary tube 3a that is hardly in contact with the
さらに、従来の回転炉1aの場合、時間当たりの処理量を増加させようと多量に回転管3内に原料粒子16を供給すると、原料粒子16の安息角により入口側から原料粒子16が溢れ出ることが避けられなかった。
Furthermore, in the case of the conventional rotary furnace 1a, if a large amount of the
しかしながら、回転炉1の場合、複数の粒子反応用空間14を有するため、回転管容積を有効に利用でき、ひとつの粒子反応用空間14あたりの原料粒子16の供給量も少ない為、このような安息角の問題も発生し難くなる。
However, since the
このように、本実施形態によれば、回転炉1は、回転可能な中実の回転管3と、回転管3の回転中心軸53を含むように回転管3の内部に設けられたヒータ設置用空間15と、回転中心軸53を含むようにヒータ設置用空間15内に配置された抵抗加熱型のヒータ29と、回転中心軸53に沿うようにヒータ設置用空間15の周囲に設けられ、原料粒子16が投入される粒子反応用空間14を有しており、原料粒子16は主に粒子反応用空間14の内壁からの熱伝導にて加熱される。
Thus, according to the present embodiment, the
そのため、回転炉1は、熱効率がよく、また、ヒータ29からの輻射熱を直接受ける場合に比較し、穏やかに原料粒子16を反応させることが可能である。
Therefore, the
また、本実施形態によれば、ヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14が別々に設けられている。
Further, according to the present embodiment, the
そのため、ヒータ29が、原料粒子16の加熱により発生した反応ガスや原料粒子16と雰囲気ガスとの反応で生成した反応ガスと接することがなく、ヒータ29の消耗は避けられ、長寿命な連続運転が可能となる。
Therefore, the
また、ヒータ設置用空間15と粒子反応用空間14が別々に設けられているため、ヒータ29が局所的に消耗することもなく、炉内の温度分布が処理時間により変わらない。
Further, since the
さらに、本実施形態によれば、粒子反応用空間14はヒータ設置用空間15の周囲に複数が均等配置されている。
Furthermore, according to the present embodiment, a plurality of
そのため、粒子反応用空間14aとヒータ設置用空間15aを1つの空間で兼用する従来構造の回転炉1aに比較して、被熱処理物が加熱された粒子反応用空間14の内壁に接する頻度が高くなり、均一な加熱が可能となり、雰囲気ガスとも均一に接することが可能である。
Therefore, compared with the rotary furnace 1a having a conventional structure in which the
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはない。 As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to above-described embodiment.
当業者であれば、本発明の範囲内で各種変形例や改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明の範囲に属するものと了解される。 It is natural for those skilled in the art to come up with various modifications and improvements within the scope of the present invention, and it is understood that these also belong to the scope of the present invention.
例えば、上記した実施形態では、ヒータ設置用空間15へ雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ29の内部にヒータ空間ガス供給孔12を設け、絶縁体リング11を介してヒータ空間ガス供給ノズル10と連通する構造としたが、本発明は何らこれに限定されることはない。
For example, in the above-described embodiment, the heater space
即ち、雰囲気ガスを導入する構造として、例えばヒータ空間ガス供給孔12を設けずに、回転管3の入口または出口のヒータ空間雰囲気保護リング13と中央ヒータ4の隙間から雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
That is, as a structure for introducing the atmosphere gas, for example, a structure for introducing the atmosphere gas from the gap between the heater space
また、雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ空間雰囲気保護リング13を回転させず固定し、ヒータ空間雰囲気保護リング13に孔を開けて雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
Further, as a structure for introducing the atmosphere gas, the heater space
1 回転炉
1a 回転炉
2 固定管
3 回転管
3a 回転管
4 中央ヒータ
5 端部ヒータ
6 原料投入口
7 断熱材
8 温度測定口
9 非接触式温度測定器
10 ヒータ空間ガス供給ノズル
11 絶縁体リング
12 ヒータ空間ガス供給孔
13 ヒータ空間雰囲気保護リング
14 粒子反応用空間
14a 粒子反応用空間
15 ヒータ設置用空間
15a ヒータ設置用空間
16 原料粒子
17 反応粒子
18 原料粒子投入治具
19 原料定量供給機構
20 原料粒子供給用治具
20a 原料粒子供給用治具
21 原料容器
22 製品容器
24 排気口
25 電極
26 電源
27 雰囲気ガス供給口
28 傾斜角度調整機構
29 ヒータ
37 駆動機構
39 モータ
41 第1ギヤ
43 第2ギヤ
51 貫通孔
53 回転中心軸
55 水平面
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、
前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、
前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、
を有することを特徴とする回転炉。 A solid rotating body that can rotate,
A heating space provided inside the rotating body so as to include the rotation center axis of the rotating body;
A resistance heating type heater disposed in the heating space so as to include the rotation center axis;
A heat treatment space provided around the heating space so as to be along the rotation center axis and into which an object to be heat treated is charged,
A rotary furnace characterized by comprising:
前記円筒の中空部分が前記加熱用空間を構成し、
前記円筒の肉厚部分に前記熱処理空間が形成されていることを特徴とする請求項1または2のいずれか一項に記載の回転炉。 The rotating body is a cylinder;
The hollow portion of the cylinder constitutes the heating space,
The rotary furnace according to any one of claims 1 and 2, wherein the heat treatment space is formed in a thick portion of the cylinder.
前記ヒータは、前記加熱用空間と外部とを連絡するヒータ空間ガス供給口を有し、
前記供給手段は、前記ヒータ空間ガス供給口を介して前記加熱用空間に前記雰囲気ガスを供給するヒータ空間ガス供給ノズルを有することを特徴とする請求項5記載の回転炉。 The heating space further includes supply means for supplying atmospheric gas to prevent the heater from being consumed,
The heater has a heater space gas supply port that communicates the heating space and the outside,
The rotary furnace according to claim 5, wherein the supply unit includes a heater space gas supply nozzle that supplies the atmosphere gas to the heating space through the heater space gas supply port.
前記原料供給用治具は、貫通孔を有し、
前記貫通孔の一端が前記熱処理空間に連通され、他端が前記被熱処理物を供給する原料投入口を形成することを特徴とする請求項8記載の回転炉。 The supply means has a raw material supply jig provided on the rotating body,
The raw material supply jig has a through hole,
The rotary furnace according to claim 8, wherein one end of the through hole is communicated with the heat treatment space, and the other end forms a raw material inlet for supplying the material to be heat treated.
前記供給手段は、前記回転体の前記固定部との対向面から前記熱処理空間へ貫通して設けられた貫通孔と、
前記貫通孔と対向可能に前記固定部に形成された孔状の原料投入口と、
を有し、
前記回転体の回転により、前記貫通孔と原料投入口が対向すると、前記熱処理空間に前記被熱処理物が供給されることを特徴とする請求項8記載の回転炉。 A fixing portion provided around the rotating body and holding the rotating body;
The supply means includes a through hole provided through the heat treatment space from a surface facing the fixed portion of the rotating body;
A hole-shaped raw material inlet formed in the fixed portion so as to be opposed to the through hole;
Have
The rotary furnace according to claim 8, wherein when the through hole and the raw material charging port face each other by the rotation of the rotating body, the object to be heat treated is supplied to the heat treatment space.
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