JP2013190148A - 竪型焼成炉 - Google Patents

Abstract

【課題】炉体内に配設された循環筒体を強固に支持して耐火レンガの欠落を防止できる竪型焼成炉を提供することを課題とする。
【解決手段】予熱領域をなす上部空間は燃焼ガス供給装置１５が設けられている炉蓋１４と予熱後の原料の落下のための落下開口１１Ａを有する水平環板状の炉床１１との間に形成され、焼成領域をなす下部空間が炉床より下方に形成され、炉体内に落下開口を貫通して上下方向で上部空間及び下部空間にわたり延びて内部空間を形成し下方に向け下部開口２２を有する循環筒体２０が配設されていて、下部開口２２から炉体１０内下部のガスの流入を許容し、ガスが循環筒体２０の内部空間を上昇して昇温後に上部空間へ供給されるようになっており、炉体１０と循環筒体２０は、上下方向で炉床１１の落下開口１１Ａの位置にて、周方向の複数位置で連結部１８により連結されており、隣接する連結部１８同士間で予熱後の原料が落下可能となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、竪型焼成炉、特に炉床内に内筒体をなす循環筒体を有する竪型焼成炉に関する。

この種の竪型焼成炉としては、特許文献１に開示されている装置が知られている。この特許文献１の竪型焼成炉は、静止せる竪型の筒状をなす炉体内の上部空間に予熱領域そして下部空間に焼成領域を有しており、予熱領域は燃焼ガス供給装置が設けられている炉蓋と落下開口を有する炉床との間の空間に形成され、焼成領域が炉床より下方の空間に形成されている。さらに、炉体内に上下方向で上記落下開口を貫通して予熱領域及び焼成領域にわたり内部空間を形成し下方に向け開口する循環筒体が配設されていて、循環筒体の下端の開口部から流入する炉体内の焼成領域のガスが上記内部空間を上昇し再び炉体内の予熱領域に戻されるようになっている。

上記循環筒体は、内筒体として予熱領域と焼成領域にわたって延びているので、上下に細長いだけでなく、予熱領域の高温な燃焼ガスそして焼成領域の高温な原料と接触するので、通常、外周面が耐火レンガで保護されている。特許文献１では、上記循環筒体は、その上端側が炉蓋によりそして下端側が炉体との間に架橋されたブリッジによりそれぞれ支持されている。

特開２００９−０６８８２１

しかしながら、特許文献１の竪型焼成炉にあっては、細長い循環筒体は、自重による座屈応力を生ずるのみならず、高温にさらされるために熱応力をも生ずる。循環筒体の外周面を保護している耐火レンガ自体は高温に十分耐え強度もあるが、耐火レンガ同士を結合しているモルタル等は、高温下で上記応力を受けると、その結合力が低下する。特許文献１では、上記循環筒体は、上端側が炉蓋によりそして下端側がブリッジにより支持されているが、それでも炉蓋とブリッジとの間は、循環筒体の直径に対し距離が長いので、上記応力による歪が原因で、モルタル部分での結合力が低下して、耐火レンガが循環筒体から剥離して欠落することがある。

本発明は、かかる事情に鑑み、循環筒体を強固に支持して耐火レンガの欠落を防止できる竪型焼成炉を提供することを課題とする。

本発明に係る竪型焼成炉は、静止せる竪型の筒状をなす炉体内の上部空間に原料の予熱のための予熱領域そして下部空間に原料の焼成のための焼成領域を形成する。

かかる竪型焼成炉において、本発明では、予熱領域をなす上部空間は燃焼ガス供給装置が設けられている炉蓋と予熱後の原料の落下のための落下開口を有する水平環板状の炉床との間に形成され、焼成領域をなす下部空間が炉床より下方に形成され、炉体内に上記落下開口を貫通して上下方向で上部空間及び下部空間にわたり延びて内部空間を形成し下方に向け下部開口を有する循環筒体が配設されていて、下部開口から炉体内下部のガスの流入を許容し、該ガスが循環筒体の内部空間を上昇して昇温後に上部空間へ供給されるようになっており、炉体と循環筒体は、上下方向で炉床の落下開口の位置にて、周方向の複数位置で連結部により連結されており、隣接する連結部同士間で予熱後の原料が落下可能となっていることを特徴としている。

このような構成の本発明では、循環筒体は上端側と下端側の間の中間部となる落下開口の位置で、連結部を介して炉体により支持されているので、その支持は強固かつ安定し、循環筒体で生ずる応力によっても歪が極めて小さくなり、耐火レンガ同士の結合力は低下せず、耐火レンガの剥離や欠落といった事態が回避される。

上記連結部は、周方向の複数位置に設けられているが、隣接する連結部同士間には原料の落下のための十分な周方向間隔を確保できるので、落下開口はその開口面積はさほど小さくならず、予熱領域をなす上部空間からの原料の落下に支障はない。

また、炉体は、通常、上下方向で落下開口の位置では、くびれを形成するようにその内径が小さくなっており、連結部の半径方向寸法（連結長さ）が小さくてすみ、連結部の形成には好都合である。

本発明において、上部空間には、炉床の上方での周方向の複数位置にて炉床上の原料を落下開口に向け押し出すプッシャが設けられることが多いが、その場合、該プッシャは、周方向にて、隣接する連結部同士間に位置していることが好ましい。炉床上の原料は、周方向にて、プッシャが設けられている位置で他の位置よりも多量に落下するので、該プッシャが上記連結部同士間の連結部不在域に位置していれば、この落下原料は連結部不在域を通るので、連結部を設けることによる落下量の低下という不具合もない。

本発明において、連結部は、周方向での幅が下部よりも上部で狭くなっていることが好ましい。

上述したように、周方向にて、原料は連結部不在域で多く落下するが、連結部位置でも少なからず落下する。その場合、連結部の周方向での幅が上部で狭くなっていれば、原料は落下し易くなる。

本発明は、以上のように、炉体と循環筒体とを上下方向で炉床の落下開口位置にて、連結部により連結することとしたので、循環筒体は上下方向の中間部でも支持されることとなり、その支持強度は十分なものとなり、循環筒体に生ずる応力によっても歪は小さく抑制され、循環筒体の外周面を保護している耐火レンガ同士の結合力が維持され、耐火レンガの欠落の可能性が大きく低減される。

本発明の一実施形態の竪型焼成炉の要部を示す縦断面図である。 （Ａ）は図１におけるII-II線矢視図で、炉体と循環筒体を連結する連結部とプッシャとの位置関係を示す図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）におけるB-B断面図である。

以下、添付図面にもとづき、本発明の一実施形態装置について説明する。

図１において、回転することなく静止せる竪型の筒状をなす炉体１０は、半径方向中央部に落下開口１１Ａが形成された環板状の炉床１１と、該炉床１１の外周縁から上方に延びる予熱筒体１２と、該炉床１１の内周縁、すなわち上記落下開口１１Ａの周縁から下方に延びる焼成筒体１３とを有している。かくして、炉床１１よりも上方に位置する予熱筒体１２内が予熱領域（上部空間）を、そして炉床１１よりも下方に位置する焼成筒体１３内が焼成領域（下部空間）を形成する。

予熱筒体１２は、上方に向け拡径された部分を有し、その上端縁に環板状の天板部１２Ａが取り付けられている。該天板部１２Ａは、半径内方に延び、その内周縁から内筒部１２Ｂが垂下している。この内筒部１２Ｂの下端は炉蓋１４の外周部に固定され、該内筒部１２Ｂがこの炉蓋１４を支持している。

炉蓋１４は、炉体内に面する下面側が耐火レンガ１４Ａにより形成されていて、全体として耐火性を有している。炉蓋１４の中央部では、該炉蓋１４を上下に貫通して設けられた、後述の循環筒体２０を支持している。

上記天板部１２Ａ、内筒部１２Ｂ、予熱筒体１２そして炉床１１によって包囲される空間は、焼成に先立ち予熱されるべき石灰石等の原料Ｍを炉床１１上に堆積するのに供される。この空間の上部には、原料供給管１７が天板部１２Ａを突入して該天板部１２Ａに接続されている。この原料供給管１７は、上記天板部１２Ａの周方向複数位置に設けられており、各原料供給管１７は、天板部１２Ａより上方の炉体外で、二つに分岐されていて、一方が傾斜せる原料投入管１７Ａ、他方が上方に垂立する排気管１７Ｂとなっている。原料Ｍは原料投入管１７Ａを経て炉体内へ投入され上記炉床１１上に堆積する。炉床１１上に堆積した原料Ｍは、半径内方に向け下方に傾く自由表面層で加熱されて予熱され、炉床１１のすぐ上方で周方向複数位置には、半径方向外方に延びる棒状のプッシャ１１Ｂが設けられており、該プッシャ１１Ｂの長手方向往復動により、予熱された上記自由表面層の原料Ｍが逐次押し出されて上記落下開口１１Ａから落下するようになっている。

さらに、本実施形態では、上下方向で炉床１１と原料供給管１７の下端開口との間位置に、周方向複数位置で半径方向に延び形成されるブリッジ１１Ｃが予熱筒体１２と内筒部１２Ｂとを架橋して設けられている。このブリッジ１１Ｃは炉床１１上に形成される原料Ｍの堆積層内に位置する。したがって、上方の原料供給管１７から落下供給される原料は堆積層を形成すると、該ブリッジ１１Ｃの直下に原料不在の空間が形成される。

炉床１１の落下開口１１Ａの周縁から垂下して設けられている肉厚筒状に耐熱材料で作られている焼成筒体１３は、落下開口１１Ａの直下で下方に向け拡径され、その下端には肉薄筒状の冷却筒体（図示せず）が下方につぼまる形をなして設けられている。上記焼成筒体１３の内面には、周方向の複数箇所で後述の循環筒体２０との間に架橋されたアーチ状のブリッジ１３Ａが設けられている。これらのブリッジ１３Ａは耐火レンガで作られている。ブリッジ１３Ａは、循環筒体２０の下端部に位置している。上記落下開口１１Ａから落下する予熱原料Ｍは、上記焼成筒体１３と上記循環筒体２０との間で堆積し、その上表面は、通常、上下方向にて炉床１１よりも下方で上記ブリッジ１３Ａよりも上方の位置となる。上記上表面は、焼成炉の使用状況によっては、炉床近く、あるいは炉床よりも若干上方に定められることもある。

循環筒体２０は外筒２０Ａと内筒２０Ｂとを有し、上端が端板２１で閉塞され下端が開放された下部開口２２を形成しており、両筒で周壁を形成している。外筒２０Ａはその外周面が耐火レンガで保護されている。両筒２０Ａ，２０Ｂ間の環状空間には、図２（Ａ）にも見られるように、上下に延びる内部管体２３Ａが周方向の複数位置で平行に設けられている。これらの内部管体２３Ａは、上下端で上記周壁内に設けられた上環状ダクト２３Ｂそして下環状ダクト２３Ｃにそれぞれ連通接続されている。該下環状ダクト２３Ｃには、外部からの空気を導入する複数の導気管２８が連通接続されている。上環状ダクト２３Ｂには、その周方向複数筒所で管体２７が半径外方に延出している。炉蓋１４には、上記循環筒体２０に対して半径方向外側で周方向複数位置に、送気装置１６さらには、該送気装置１６とに組み込まれたバーナ１５を備える燃焼ガス供給装置が設けられており、該バーナ１５の下端たる燃焼ガス噴出口１５Ａ−１が炉体内に向いて位置している。該バーナ１５は、その燃料の種類を問わず、液体燃料でも、気体燃料でも、固体燃料でもよい。送気装置１６は送気筒１６Ａと該送気筒１６Ａ内に配された環状ノズル１６Ｂとを有していて、上記バーナ１５の外側に、環状ノズル１６Ｂが該バーナ１５を同心に位置するように配設されており、その下端たる空気噴出口１６Ｂ−１は上記燃焼ガス噴出口１５Ａ−１とガス噴出方向においてほぼ同一位置で開口している。そして、上記上環状ダクト２３Ｂから延出する各管体２７は、それぞれ対応する環状ノズル１６Ｂへ接続されている。

一方、循環筒体２０の上端における端板２１には、周方向複数位置で上方へ延びる管体２６が接続されており、循環筒体２０の内部空間と連通している。又、上記端板２１の上方位置には、外部環状ダクト２６Ｂが設けられており、上記複数の管体２６は、ブロワ４
０を経て上記外部環状ダクト２６Ｂに連通接続されている。該外部環状ダクト２６Ｂからは、上記バーナ１５と対応する周方向の複数位置で導気管２６Ｃが下方に延びており、上記環状ノズル１６Ｂの外側に同心に設けられた送気筒１６Ａに連通接続されている。

上記循環筒体２０は、上端側で炉蓋１４により、下端でブリッジ１３Ａにより、そして中間部では連結部１８により支持されている。

循環筒体２０は、上記炉蓋１４を貫通しており、該循環筒体２０の上端側の上環状ダクト２３Ｂの直下位置で、外筒２０Ａの耐火レンガが炉蓋１４の下面側の耐火レンガ１４Ａと結合している。また、循環筒体２０の下端では、周方向の複数位置で、耐火レンガで作られたブリッジ１３Ａを介して炉体１０の焼成筒体１３により支持されている。さらに、上下方向中間部では、上記循環筒体２０は、周方向複数位置で、炉床１１に形成された落下開口１１Ａの内周縁と循環筒体２０の外筒２０Ａとの間に放射状に架橋された連結部１８を介しても上記炉体１０により支持されている（図２（Ａ）をも参照）。該連結部１８も、上記ブリッジ１３Ａと同様に、耐火レンガで作られていて上記外筒２０Ａの耐火レンガと結合されている。上記連結部１８はその上端面が、炉床１１の面と同じか若干低く位置している。また、上記連結部１８の周方向に延びる面の縦断面形状は、図２（Ｂ）に見られるように、上方に向け先細りで、上端での周方向幅が下端よりも狭くなっていて、この連結部１８に接触する原料の落下を円滑にしている。

周方向の複数位置に設けられた上記連結部１８と、既述したプッシャ１１Ｂとの周方向での位置関係は、図２（Ａ）に見られるように、周方向で、隣接する連結部１８同士間にプッシャ１１Ｂが位置するようになっている。すなわち、プッシャ１１Ｂにより落下開口１１Ａへ向け押し出された原料は、連結部不在域で落下するようになっている。落下開口１１Ａからの原料の落下量は、連結部不在域で多く、連結部位置では少ない状態の落下量周方向分布を形成するので、実質的には、連結部を設けることは、落下量に対して、あまり障害とはならない。若干の原料が上記連結部１８の上にきても、図２（Ｂ）のごとく該連結部１８の上端が先細りになっていれば、容易に落下してしまう。

次に、かかる構成の本実施形態装置について、原料が炉体内へ投入され炉体内で焼成される原理を説明する。

（１）石灰石等の焼成対象物たる原料Ｍは原料投入管１７Ａを経て落下投入され炉体１０内の炉床１１上に堆積される。炉床１１上での原料Ｍの堆積層は、炉体１０の半径方向内方に安息角をもって自由表面を形成する。

（２）炉蓋１４に設けられた燃焼ガス供給装置としての複数のバーナ１５からは火炎が下方に向け噴出され、送気装置１６では循環筒体２０の外筒２０Ａと内筒２０Ｂとの間の環状空間２３からの空気が環状ノズル１６Ｂから、後述の循環筒体２０内からの燃焼ガスと共に下方へ炉体内に向け噴出される。

（３）上記炉床１１上の原料Ｍはその自由表面で加熱を受けて予熱され、プッシャ１１Ｂの作動により、逐次落下開口１１Ａから焼成筒体１３内へ落下する。予熱された原料Ｍは焼成筒体１３内に落下してブリッジ１３Ａよりも上方位置に自由表面をもつように堆積される。

（４）炉体１０の下部へ外部から送入された冷却用の空気は原料Ｍの粒間を経て原料Ｍ中を上昇する。一方、バーナ１５からの燃焼ガスは送気筒１６Ａからの下向きに吹き出される空気により、燃焼が促進されると共に高温の混合ガスとなって下方へ導かれ、焼成筒体１３内の原料Ｍの堆積層の自由表面から層内へ流入する。この混合ガスは堆積層内での下方に向く透過中に原料Ｍを加熱し、混合ガス自体は降温して循環筒体２０の下端の下部開口２２から該循環筒体２０の内筒２０Ｂ内へ流入し該内筒２０Ｂ内を上昇する。なお、このとき、循環筒体２０の下端に接続されている複数の導気管２８同士間は十分な間隔があるので（図２（Ａ）参照）、複数の導気管２８に対して炉体１０の半径方向の内外において原料Ｍが移動可能に連続して存在しており、この原料Ｍの粒間を透過して上記混合ガスが上記下部開口２２に至る際に、上記導気管２８の存在は何ら障害とはならない。上記焼成筒体１３の原料内を降下する混合ガスは循環筒体２０の下端で変向して下端開口２２へ向かった後、原料Ｍ中を上昇する空気と合流して上記下部開口から上方に向かうこと、混合ガスは原料Ｍ中を透過の際に降温したとはいえ未だ高温であり、上記循環筒体２０内で確実に上昇気流を形成すること、上記送気装置１６からの下向き空気に乗って焼成筒体１３内の堆積層に向かって下方に積極的に流入すること、等に起因して上記循環筒体２０内外を良好に循環する。

一方、導気管２８を経て外部から導入された空気は、該複数の内部管体２３Ａの総表面積が大きいので、上記複数の内部管体２３Ａ内を上昇する際に、循環筒体２０との熱交換を効果的に行なって、昇温し、内部管体２３Ａから管体２７を経て環状ノズル１６Ｂへ至り、その空気噴出口１６Ｂ−１から噴出され、燃焼ガス供給装置としてのバーナ１５からの燃焼ガスと混合され燃焼を促進させる。

一方、循環筒体２０の内筒２０Ｂ内を上昇する燃焼ガスは複数の管体２６を経てブロワ４０に至り、外部環状ダクト２６Ｂへ送り込まれ、ここから各導気管２６Ｃへ分流する。上記内筒２０Ｂ内からの燃焼ガスはこの導気管２６Ｃから、対応せる送気筒１６Ａへ導かれて炉体内へ噴出される。この送気筒１６Ａから噴出される燃焼ガスは旋回流を形成するようにしておくと、上記燃焼ガス供給装置たるバーナ１５からの燃焼ガスそして環状ノズル１６Ｂからの空気の周囲を旋回する。かくして、炉体内では混合ガスは広い範囲で均一に流れ、炉床１１上の原料の堆積層を積極的に均一に加熱する。

又、上述のように、炉床１１上の堆積層内には、ブリッジ１１Ｃの直下に原料不在の空
間が形成されるので、該堆積層内での燃焼ガスは良好に流通し、ここでの熱交換が効果的に行なわれ、原料は均一に加熱される。

本実施形態において、送気装置１６の送気筒１６Ａからの旋回流の形成には、種々の手法がある。例えば、管体２７を送気筒１６Ａに対し接線方向に接続したり、あるいは、送気筒１６Ａ内に螺旋流を生じせしめるガイド部材を設けたりすることができる。

１０ 炉体
１１ 炉床
１１Ａ 落下開口
１４ 炉蓋
１５ 燃焼ガス供給装置（バーナ）
１８ 連結部
２０ 循環筒体
２２ 下部開口

Claims (3)

1. 静止せる竪型の筒状をなす炉体内の上部空間に原料の予熱のための予熱領域そして下部空間に原料の焼成のための焼成領域を形成する竪型焼成炉において、
   予熱領域をなす上部空間は燃焼ガス供給装置が設けられている炉蓋と予熱後の原料の落下のための落下開口を有する水平環板状の炉床との間に形成され、
   焼成領域をなす下部空間が炉床より下方に形成され、
   炉体内に上記落下開口を貫通して上下方向で上部空間及び下部空間にわたり延びて内部空間を形成し下方に向け下部開口を有する循環筒体が配設されていて、下部開口から炉体内下部のガスの流入を許容し、該ガスが循環筒体の内部空間を上昇して昇温後に上部空間へ供給されるようになっており、
   炉体と循環筒体は、上下方向で炉床の落下開口の位置にて、周方向の複数位置で連結部により連結されており、隣接する連結部同士間で予熱後の原料が落下可能となっていることを特徴とする竪型焼成炉。
2. 上部空間には、炉床の上方での周方向の複数位置にて炉床上の原料を落下開口に向け押し出すプッシャが設けられ、該プッシャは、周方向にて、隣接する連結部同士間に位置していることとする請求項１に記載の竪型焼成炉。
3. 連結部は、周方向での幅が下部よりも上部で狭くなっていることとする請求項１または請求項２に記載の竪型焼成炉。

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