JP2013170779A - Cooling structure for rotary kiln - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ロータリーキルンの冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a rotary kiln.
例えば、製鋼電気炉ダストや高炉ダスト中に含まれる亜鉛等の有価金属を揮発還元する還元培焼キルンやロータリーハースファーネス等で回収された粗酸化亜鉛ダスト中のフッ素、塩素をISP製錬法や電解製錬法を採用している亜鉛製錬所の酸化鉱原料として使用可能な品位まで低減させるために、中空円筒形状の回転炉を備えるロータリーキルンが広く用いられている。 For example, ISP and smelting methods can be used to remove fluorine and chlorine in crude zinc oxide dust collected by a reduction culture kiln or rotary hearth furnace that volatilizes and reduces valuable metals such as zinc contained in steelmaking electric furnace dust and blast furnace dust. A rotary kiln having a hollow cylindrical rotary furnace is widely used in order to reduce the grade to be usable as an oxide ore raw material for a zinc smelter employing an electrolytic smelting method.
特に、電解製錬向けの焼鉱は電解採取工程で使用されるアルミニウム製パーマネントカソードの腐食進行を抑制するためにフッ素の含有量を、又、アノード中の鉛の溶出を防ぐために塩素の含有量を数百ppmまで低減する必要がある。原料中に含まれる塩素並びにフッ素の大部分は塩化フッ化鉛であることから、これを分解するために焼鉱温度を1100〜1150℃で維持管理する必要がある。そのため、ロータリーキルンにおける排出部である炉端部には極めて高い熱負荷がかかることから、ロータリーキルンの炉端部には高い耐熱性が求められる。 In particular, the smelting ore for electrolytic smelting has a fluorine content to suppress the progress of corrosion of the aluminum permanent cathode used in the electrowinning process, and a chlorine content to prevent elution of lead in the anode. Needs to be reduced to several hundred ppm. Since most of chlorine and fluorine contained in the raw material are lead chlorofluoride, it is necessary to maintain and control the calcination temperature at 1100 to 1150 ° C. in order to decompose this. For this reason, a very high heat load is applied to the furnace end that is the discharge part of the rotary kiln, and therefore, the furnace end of the rotary kiln is required to have high heat resistance.
また、この炉端部は、高温の焼成物を排出することもあり、その周辺が特に高熱に晒される場合が多いため、この部分では、シェル本体外周側にも施工がしやすい不定形耐火物で被覆する方法もある。しかしながら、不定形耐火物は内周側と違って耐火物相互のせりあいがなく固定が難しく、かつ充分厚く施工することも難しく、このため継続性のある耐火手段が求められ、何らかの冷却手段も提案されてきた。 In addition, this furnace end may discharge high-temperature fired products, and the surrounding area is often exposed to particularly high heat, so this part is an irregular refractory that can be easily applied to the outer periphery of the shell body. There is also a method of coating. However, unlike the inner peripheral side, the irregular refractory is difficult to fix because there is no gap between the refractories, and it is difficult to install the refractory sufficiently thick. Has been proposed.
例えば、耐熱性を高めたロータリーキルンの炉端部構造として、炉端部に冷却空間を形成した空冷式の炉端部構造を設けたもの(特許文献1参照)、或いは、炉端部に水冷構造を備えたもの(特許文献2参照)、等、キルン本体に何らかの冷却構造を別途に付加することにより、耐熱性を高めるロータリーキルンの炉端部構造が提案されている。 For example, as a furnace end part structure of a rotary kiln with improved heat resistance, an air-cooled furnace end structure in which a cooling space is formed at the furnace end part (see Patent Document 1), or a furnace end part having a water cooling structure A furnace end structure of a rotary kiln that improves heat resistance has been proposed by adding some cooling structure to the kiln body separately (see Patent Document 2).
しかしながら、特許文献1に記載の空冷式の出口側構造については、回転するシェル本体自体に空冷路を形成するために構造が複雑となり、また空冷のために冷却効果が不充分となる。一方、特許文献2に記載の水冷式出口側構造の場合は、回転するシェル本体自体に水路を形成するために構造が複雑となり、水漏れ対策等の安全上の配慮も必要となる。 However, the air-cooled outlet side structure described in Patent Document 1 has a complicated structure because an air cooling path is formed in the rotating shell body itself, and the cooling effect is insufficient due to air cooling. On the other hand, in the case of the water-cooled outlet side structure described in Patent Document 2, the structure is complicated because a water channel is formed in the rotating shell body itself, and safety considerations such as measures against water leakage are required.
本発明は、上記問題点を解決して、高い熱負荷のかかるロータリーキルン炉端部を簡易な構造によって効率よく冷却することにより、高温操業下におけるロータリーキルンシェル本体について、稼働開始時から最初の修理或いは交換が必要となるまでの期間、即ちロータリーキルンシェル本体の寿命を、延長することができるロータリーキルンの冷却構造を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems and efficiently cools the rotary kiln furnace end, which is subjected to high heat load, with a simple structure, so that the rotary kiln shell main body under high temperature operation is repaired or replaced for the first time from the start of operation. It is an object of the present invention to provide a cooling structure of a rotary kiln that can extend the period until the time is required, that is, the life of the rotary kiln shell body.
本発明者らは、ロータリーキルンの冷却構造を、ロータリーキルンのシェル本体の炉端部近傍の外周面に円周状に設けられる伝熱突起部を、シェル本体の下方に配置される冷却水貯留装置配置内の冷却水によって直接冷却するという構造とすることにより、高い熱負荷のかかるロータリーキルン炉端部を効率よく冷却することができ、これにより、高温操業下におけるロータリーキルンシェル本体の寿命を延長できることを見出し、本発明を完成するに至った。より、具体的には、本発明は以下のものを提供する。 The present inventors provide a cooling structure for a rotary kiln with a heat transfer protrusion provided circumferentially on the outer peripheral surface in the vicinity of the furnace end of the shell body of the rotary kiln, within a cooling water storage device arrangement disposed below the shell body. It is found that the end of the rotary kiln shell that is subjected to high heat load can be efficiently cooled by adopting a structure that directly cools with the cooling water of this, which can extend the life of the rotary kiln shell body under high temperature operation. The invention has been completed. More specifically, the present invention provides the following.
(1) ロータリーキルンの冷却構造であって、中空円筒形状のシェル本体と、前記シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、前記シェル本体の回転に伴って前記伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部と、を備えるロータリーキルンの冷却構造。 (1) A cooling structure of a rotary kiln, which is a hollow cylindrical shell body, a heat transfer fin formed on an outer peripheral surface of the shell body, and a position through which the heat transfer fin passes as the shell body rotates. A cooling structure for a rotary kiln comprising a cooling water storage section disposed on the rotary kiln.
(2) 前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して平行な平面上に鍔状に形成されている(1)に記載のロータリーキルンの冷却構造。 (2) The rotary kiln cooling structure according to (1), wherein the heat transfer fin is formed in a bowl shape on a plane parallel to the kiln rotation direction along the outer periphery of the shell body.
(3) 前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して直交する平面上に鍔状に形成されている(1)に記載のロータリーキルンの冷却構造。 (3) The cooling structure of the rotary kiln according to (1), wherein the heat transfer fin is formed in a bowl shape on a plane orthogonal to the kiln rotation direction along the outer periphery of the shell body.
(4) 前記伝熱フィンが、前記シェル本体の炉端部近傍に形成されている(1)から(3)のいずれかに記載のロータリーキルンの冷却構造。 (4) The rotary kiln cooling structure according to any one of (1) to (3), wherein the heat transfer fin is formed in the vicinity of a furnace end of the shell body.
本発明においては、ロータリーキルンの冷却構造を、シェル本体の外周面に円周状に形成される伝熱フィンを、シェル本体の下方に配置される冷却水貯留部の冷却水によって直接冷却するという構造とした。これにより、簡易な構造によってロータリーキルンを効率よく冷却することができ、乾燥焼成用等のロータリーキルンを用いた加熱操業において、ロータリーキルンシェル本体の寿命を延長することができるため、ランニングコストを低減して生産性を高めることができる。 In the present invention, the cooling structure of the rotary kiln is a structure in which the heat transfer fin formed circumferentially on the outer peripheral surface of the shell body is directly cooled by the cooling water in the cooling water reservoir disposed below the shell body. It was. As a result, the rotary kiln can be efficiently cooled with a simple structure, and the life of the rotary kiln shell body can be extended in the heating operation using a rotary kiln for drying and firing, etc. Can increase the sex.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではない。以下、金属の精製を目的とした大型の乾燥焼成用ロータリーキルンに本発明の冷却構造を適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の冷却構造は、円筒形状の回転式加熱炉であれば、その他のあらゆる加熱炉の炉端部への適用が可能なものである。 Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to the following embodiment at all. Hereinafter, an embodiment in which the cooling structure of the present invention is applied to a large-sized rotary kiln for drying and firing intended for metal purification will be described. However, the cooling structure of the present invention is a cylindrical rotary heating furnace. It can be applied to the furnace end of any other heating furnace.
<ロータリーキルン>
まず、図1を参照しながら、本発明の冷却構造の一実施形態となるロータリーキルン1の全体構成及び使用態様につき説明する。図1に示す通り、ロータリーキルン1は、シェル本体10、シェル本体10の外周の円周上に鍔状に形成される伝熱フィン20、シェル本体10の下方に配置される冷却水貯留部30、シェル本体10の内部を熱するための熱風を送風するバーナー部40、シェル本体10に図中のR方向への回転力を伝える駆動ギヤ50、排出ガス等の拡散を防止するためにシェル本体の炉端部を覆って形成される固定フード60、及び、シェル本体10を支持するキルン支持部(図示せず)、を備える回転式の加熱炉である。尚、シェル本体10は、使用時に、被焼成物の投入口である投入口11から被焼成物を排出する排出口12に向けて被焼成物の移動する方向に向けて、水平面に対し通常1〜4%の傾斜をもつように設置される。
<Rotary kiln>
First, with reference to FIG. 1, an overall configuration and usage mode of a rotary kiln 1 which is an embodiment of the cooling structure of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the rotary kiln 1 includes a
シェル本体10は、厚さ15〜30mmの炭素鋼(普通構造用鋼)からなる円筒形状の中空構造物からなる窯であり、その内周側の壁面には、耐熱性を高めるための耐火物が設置されていることが好ましい。シェル本体10においては、高温の焼成物を排出する排出口12側の周辺が特に高熱に晒される場合が多いため、伝熱フィン20は、排出口12側の炉端部又は炉端部近傍に設けられていることが好ましい。円周上に鍔状に形成される伝熱フィンの形状については、好ましい具体例として、図2に示す伝熱フィン20A、図3に示す伝熱フィン20B等の形状が挙げられる。伝熱フィン20及び冷却水貯留部30については後に改めて詳細を説明する。
The
以上の構成を有するロータリーキルン1においては、バーナー部40によりシェル本体10の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ50によりシェル本体10をR方向に回転させながら、投入口11より、被焼成物をa方向へと投入する。被焼成物はシェル本体10の傾斜に沿って攪拌、焼成されながらシェル本体10内を排出口12の方向に向かって移動してゆき、排出口12からは、高温の焼成物がb方向に排出される。又、排出口12付近はバーナー部40からの火炎の輻射熱及び燃料から発生する亜硫酸ガスや炉内で発生した腐食性ガスにも晒される。このため、排出口12の周縁部即ちシェル本体10の炉端部には特に強い熱負荷又は腐食性ガスに晒されることとなる。
In the rotary kiln 1 having the above-described configuration, the inside of the
このように、特にその炉端部を中心に、苛酷な環境に晒されるロータリーキルン1において、その全体構成を、伝熱フィン20と冷却水貯留部30を備える、従来にない新規な構成とすることにより、ロータリーキルン1の炉端部の寿命を簡易な構造によって大幅に延長しえるものである点に本発明の特徴がある。
In this way, in the rotary kiln 1 that is exposed to a harsh environment, particularly at the furnace end, the overall configuration includes the
<ロータリーキルンの冷却構造>
次に、図1と図2を参照しながら、本発明のロータリーキルン1の冷却構造について説明する。図2(a)は、本発明のロータリーキルンの一実施形態における冷却構造を構成するシェル本体10と伝熱フィン20Aの正面図であり、図2(b)は、そのA−A線における断面図である。
<Cooling structure of rotary kiln>
Next, the cooling structure of the rotary kiln 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Fig.2 (a) is a front view of the shell
図2(a)及び(b)に示す通り、伝熱フィン20Aは、シェル本体10の外周面に形成される突起構造物であり、冷却水によって、シェル本体10を冷却することができるように、図1に示す通り、シェル本体10の回転に伴って冷却水貯留部30内に貯留される冷却水31内を少なくともその一部が通過するように、シェル本体10の外周面に形成される。
As shown in FIGS. 2A and 2B, the
伝熱フィン20Aは、熱伝導性の高い金属からなる突起構造物である。冷却水によるシェル本体10の冷却効果を奏しうるだけの熱伝導性を有するものであれば、特に材料は限定されないが、加工の容易性やコストを低く抑えられるという点から、炭素鋼(普通構造用鋼)を好ましく用いることができる。
The
伝熱フィン20の形状は、必ずしも特定の形状に限定されないが、例えば、図2(a)及び(b)に示すように、シェル本体10の外周の円周上に沿って、シェル本体10の回転方向Rに対して平行な平面上に鍔状に形成されているものを好ましい一例として挙げることができる。伝熱フィンを伝熱フィン20Aのような形状とすることによって、伝熱フィン20の一部が常に冷却水31と接触し続けることとなり、シェル本体10に対する冷却効果を高めることができる。
The shape of the
尚、伝熱フィン20Aの形状については、図2に示すようなリング形状に限られず、伝熱面積を大きくするために種々の変形が可能である。例えば周囲に凹凸をつける等、その他冷却水との接触面積を拡大或いは縮小するための変形を自在に施すこともでき、それにより所望の冷却効果を得ることができる。そのような形状のフィンを有するものも本発明の好ましい一実施形態であり本発明の範囲内である。
The shape of the
伝熱フィン20の形状は、又、図3(a)〜(c)に示すように、シェル本体10の外周に沿って、シェル本体10の回転方向Rに対して直交する平面上に鍔状に形成されているものとすることもできる。図3(a)は、本発明のロータリーキルンの他の一実施形態における冷却構造を構成するシェル本体10と伝熱フィン20の正面図であり、図3(b)は、そのB−B線における断面図である。又、図3(c)は、伝熱フィン20を図のC方向から見た場合の形状を説明するための模式的な部分拡大図である。伝熱フィンを伝熱フィン20Bのような形状とすることにより、伝熱フィン20が冷却水貯留部30内を移動することによって、冷却水貯留部30の中央部に粉塵その他による堆積物が滞留することを防ぐことができる。更に、後に説明する通り、冷却水貯留部30が冷却水31を環流させる樋状の水路である場合には、伝熱フィン20によって、冷却水31の流入と流出を適切に促進することもできる。
As shown in FIGS. 3A to 3C, the shape of the
尚、伝熱フィン20を図3のような形状とする場合の冷却効果については、伝熱フィン20の大きさや円周上への配置間隔を適宜調整することにより、伝熱フィン20と冷却水31の接触面積を自在に調整することが可能であり、それにより所望の冷却効果を得ることができる。
In addition, about the cooling effect in the case of making the heat-
伝熱フィン20の設置位置は、シェル本体10の外周であれば特に限定されないが、図1に示すように、特に高い熱負荷のかかる炉端部又は炉端部近傍に設置されることが好ましい。これにより、その他の位置に伝熱フィン20を設置する場合よりも、シェル本体10に対する冷却効果をより高めることができる。又、伝熱フィン20は図2及び図3に示すような一重の設置形態に限定されない。適宜複数の伝熱フィンを併設した多重の設置形態とすることにより、所望の冷却効果を得ることができる。そのような多重の設置形態の伝熱フィンを有するものも本発明の好ましい一実施形態であり本発明の範囲内である。
Although the installation position of the
冷却水貯留部30は、冷却水31を貯留する構成部材である。シェル本体10の回転に伴って、伝熱フィン20の少なくとも一部が、冷却水31に浸かるように、冷却水31の水面側の少なくとも一部が開放されている必要があるが、その他の部分については、冷却水31を必要量貯留、或いは環流させることができるものであれば特に形状は限定されない。冷却水31を溜めておく桶状のものであってもよいし、或いは冷却水31を環流させることができる樋状の水路であってもよい。
The cooling
冷却水貯留部30は、シェル本体10の回転に伴って伝熱フィン20が通過する位置に配置される。より詳しくは、上記回転時に、伝熱フィン20の少なくとも一部が、冷却水貯留部30に貯留された冷却水31内を通過するような位置に配置される。伝熱フィン20を炉端部近傍に設置にすることが好ましいが、この場合、冷却水貯留部30を固定フード60の内部に配置することによって、最も熱負荷の高い部分を効果的に冷却することが出来る。
The cooling
尚、金属性のシェル本体10の回転軸方向への膨張収縮による伝熱フィン20の位置変動に対応するため、冷却水貯留部30は、冷却水31の水面側の開放面について、上記回転軸方向の幅を見込まれる膨張代以上としておくことが好ましい。又、特にそのような変動幅が大きい場合は、冷却水貯留部30を所望の範囲に適宜移動できるように、例えば、上記回転軸方向に敷設したレール上に移動可動に設置することも、本発明の好ましい実施形態の一例として挙げることができる。
In order to cope with the position fluctuation of the
以上のロータリーキルンの冷却構造によれば、以下のような効果を奏する。 According to the above cooling structure of the rotary kiln, the following effects can be obtained.
(1) ロータリーキルンのシェル本体には極めて高い熱負荷がかかるため、熱負荷による損傷が起こりやすい。そこで、本発明のロータリーキルンの冷却構造は、中空円筒形状のシェル本体と、シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、シェル本体の回転に伴って伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部とを備える構造とした。これにより、製造容易な簡易な構造でありながら、高い熱負荷のかかるロータリーキルンのシェル本体を効果的に冷却することができる。よって、ロータリーキルンシェル本体の寿命が延長され、熱損傷による補修等の頻度は低減し、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を顕著に高めることができる。 (1) Since the shell body of the rotary kiln is subjected to an extremely high heat load, damage due to the heat load is likely to occur. Accordingly, the cooling structure of the rotary kiln of the present invention is arranged at a position where the hollow cylindrical shell main body, the heat transfer fin formed on the outer peripheral surface of the shell main body, and the heat transfer fin pass as the shell main body rotates. And a cooling water reservoir. Thereby, the shell main body of the rotary kiln which requires a high heat load can be effectively cooled while having a simple structure that is easy to manufacture. Therefore, the life of the rotary kiln shell body is extended, the frequency of repairs due to thermal damage is reduced, and the productivity of operations using the rotary kiln can be significantly increased.
(2) ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して平行な平面上に鍔状に形成されている構造とした。これにより、伝熱フィンと冷却水との接触時間を最大化することができる。よって、冷却効果をより高いものとして、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。 (2) The cooling structure of the rotary kiln has a structure in which the heat transfer fins are formed in a bowl shape on a plane parallel to the kiln rotation direction along the outer periphery of the shell body. Thereby, the contact time between the heat transfer fin and the cooling water can be maximized. Therefore, the productivity of the operation using the rotary kiln can be further enhanced with a higher cooling effect.
(3) ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して直交する平面上に鍔状に形成されている構造とした。これにより、伝熱フィンの配置間隔を適宜調整して冷却効果を適切に調整することができる。又、冷却水貯留部の中央部に粉塵その他による堆積物が滞留することを防いだり、冷却水の流入と流出を適切に促進することもできる。よって、操業条件に応じて、より適切な冷却効果の調整が可能となり、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。 (3) The cooling structure of the rotary kiln has a structure in which the heat transfer fins are formed in a bowl shape on a plane orthogonal to the kiln rotation direction along the outer periphery of the shell body. Thereby, the arrangement | positioning space | interval of a heat-transfer fin can be adjusted suitably, and a cooling effect can be adjusted appropriately. Further, it is possible to prevent accumulation of dust and other deposits from staying in the central portion of the cooling water reservoir, and to appropriately promote inflow and outflow of cooling water. Therefore, it is possible to adjust the cooling effect more appropriately according to the operation conditions, and it is possible to further increase the productivity of the operation using the rotary kiln.
(4) ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、シェル本体の炉端部近傍に形成されている構造とした。これにより、特に高い熱負荷のかかる炉端部近傍を重点的に冷却することができる。よって、冷却効果をより高いものとして、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。 (4) The cooling structure of the rotary kiln has a structure in which heat transfer fins are formed in the vicinity of the furnace end of the shell body. As a result, the vicinity of the furnace end where a particularly high heat load is applied can be intensively cooled. Therefore, the productivity of the operation using the rotary kiln can be further enhanced with a higher cooling effect.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to embodiment mentioned above. The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.
より具体的な実施例として、従来のロータリーキルンに、例えば、図1及び図2に示す態様で本発明のロータリーキルンの冷却構造を適用した場合、従来のロータリーキルンの操業において凡そ6ヶ月毎程度であった、ロータリーキルンの稼働開始から、稼働中断を要する修理開始までの期間を、凡そ2倍程度の長さにまで延長することができる。このように、本発明のロータリーキルンの冷却構造は、ロータリーキルンシェル本体の寿命を延長することにより、ロータリーキルンの生産性を顕著に高めることができるものである。 As a more specific example, when the cooling structure of the rotary kiln of the present invention is applied to a conventional rotary kiln, for example, in the mode shown in FIGS. 1 and 2, the operation of the conventional rotary kiln is about every six months. The period from the start of operation of the rotary kiln to the start of repair requiring operation interruption can be extended to about twice as long. Thus, the rotary kiln cooling structure of the present invention can significantly increase the productivity of the rotary kiln by extending the life of the rotary kiln shell body.
1 ロータリーキルン
10 シェル本体
11 投入口
12 排出口
20 伝熱フィン
30 冷却水貯留部
31 冷却水
40 バーナー部
50 駆動ギヤ
60 固定フード
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
中空円筒形状のシェル本体と、
前記シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、
前記シェル本体の回転に伴って前記伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部と、を備えるロータリーキルンの冷却構造。 The cooling structure of the rotary kiln,
A hollow cylindrical shell body;
Heat transfer fins formed on the outer peripheral surface of the shell body;
The cooling structure of a rotary kiln provided with the cooling water storage part arrange | positioned in the position where the said heat-transfer fin passes with rotation of the said shell main body.
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