JP2014185788A - ロータリーキルンの軸心補正装置およびロータリーキルンの軸心補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】キルンシェルの変化を検出し、当該変化に伴う中心軸のずれを修正するにあたり、温度変化に伴う局所的変形によるずれにも対応することのできるロータリーキルンの軸心補正装置を提供する。
【解決手段】キルンシェル１４と、キルンシェル１４の軸心ずれ量を計測する計測手段と、キルンシェル１４の外表面を冷却する冷却手段と、前記軸心ずれ量に基づき、前記冷却手段の冷却量を制御する制御手段３８と、を有するロータリーキルンの軸心補正装置１０であって、キルンシェル１４の外表面に、複数の計測点を設け、前記計測手段は、前記複数の計測点における軸心ずれ量を計測し、前記冷却手段は、前記複数の計測点をそれぞれ独立して冷却可能に設けられ、制御手段３８は、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点における冷却量を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーキルンの軸心のずれを補正する技術に関する。

ロータリーキルンは、筒状に形成された長尺な重量物であり、長手方向に沿った回転軸（中心軸）を有する。このようなロータリーキルンは、キルンシェル（胴体）の軸心方向に沿って並列に配置された複数のタイヤと、このタイヤに転動するローラで支持されている。ローラは、稼動開始時点でキルンシェルの中心軸が真直ぐになるように調整して配置されている。

ロータリーキルンを長時間稼動させると、タイヤやローラの偏摩耗、キルン支持基礎の沈降、キルンシェルの熱変形（キルン内面の耐火煉瓦の摩耗や落下でキルンシェルに熱影響を及ぼす）や熱劣化（耐火煉瓦の溶損やキルンシェル外表面の高温腐食等）が生じて、酷い場合はキルンシェルに亀裂が発生する。これらの異常発生の初期段階ではキルンシェルの中心軸が変化したり、キルンシェルのオーバリティー（胴体の変形率）が大きくなる。トラブル発生を未然に掴み、被害を最小限に抑えるために、予防保全が求められている。

従来から、１年に１回程度キルンを停止させ、定期点検補修が実施されているが、大きな補修項目やトラブルが発生した場合には、その都度ロータリーキルンを停止させなければならない。このため、生産停止による生産機会の損失や補修費用発生を抑えることが求められている。

このような実状を鑑み、ロータリーキルンの点検や補修については、種々の提案が成されている。例えば、特許文献１には、ロータリーキルンを稼動させた状態で、内部に配置された耐火煉瓦の状態の検査を行うための技術が開示されている。具体的には、キルンシェル内側面に配置された耐火煉瓦の層中、および層外に温度センサを設け、この温度を無線で外部へ伝達することで、耐火煉瓦の状態を予測するというものである。

また、特許文献２には、ロータリーキルンに生じたキルンシェルの中心軸高さのずれを、ロータリーキルンを稼動させた状態で自動で補正するための技術が開示されている。具体的には、キルンシェルの軸心方向に沿った複数の位置で胴体高さを計測し、この計測値が補正を要する閾値に達した場合に、キルンシェルを支持する一対のローラの幅を変化させ、支持位置における胴体高さを調整するというものである。

なお、特許文献３には、加熱されたロータリーキルンにおけるキルンシェルの外表面を冷却するための技術が開示されている。特許文献３に開示されている冷却技術は、キルンシェルの回転軸の鉛直下方に位置する外表面に向けて送風を施すと共に、送風に霧を混入させるという事を基本とするものである。このような技術を用いて冷却を行うことによれば、霧は、キルンシェルの表面に到達する前に全量気化することとなり、キルンシェル表面が濡れることが無い。このため、キルンシェル外表面の温度を赤外線温度計や放射温度計等の非接触計測手段により計測することが可能となる。

特開２００１−４２８３号公報 特開２０１１−３３２４０号公報 特開２０１０−２４３１４５号公報

特許文献１に開示されている技術では、耐火煉瓦の状態変化を知ることができ、その状態の予測を行うことができる。しかし、状態変化に対する対処に関しては、ロータリーキルンの稼動を停止させて行う必要がある。

また、特許文献２に開示されている技術では、ロータリーキルンを稼動させた状態で、キルンシェルにおける中心軸のずれを修正することができる。しかし、特許文献２におけるずれの修正は、キルンシェルを支持するローラやタイヤの摩耗等に起因するもののみであり、キルンシェルにおける局所的温度変動に伴う局所的変形については、対処することができない。

そして、特許文献３に開示されている技術は、キルンシェルの外表面を広い範囲で適切に冷却するための技術である。このため、キルンシェルの熱変形や熱劣化を抑制するために寄与することはできるが、キルンシェルの外形や軸心に変化が生じた場合には、これを計測し修正することはできない。

そこで本発明では、キルンシェルの変化を検出し、当該変化に伴う中心軸のずれを修正するにあたり、温度変化に伴う局所的変形によるずれにも対応することのできるロータリーキルンの軸心補正装置およびロータリーキルンの軸心補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係るロータリーキルンの軸心補正装置は、ロータリーキルンと、前記ロータリーキルンの軸心ずれ量を計測する計測手段と、前記ロータリーキルンの外表面を冷却する冷却手段と、前記軸心ずれ量に基づき、前記冷却手段の冷却量を制御する制御手段と、を有するロータリーキルンの軸心補正装置であって、前記ロータリーキルンの外表面に、複数の計測点を設け、前記計測手段は、前記複数の計測点における軸心ずれ量を計測し、前記冷却手段は、前記複数の計測点をそれぞれ独立して冷却可能に設けられ、前記制御手段は、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点における冷却量を制御することを特徴とする。

また、上記のような特徴を有するロータリーキルンの軸心補正装置は、前記ロータリーキルンの外周を支持する複数の支持ローラを備え、前記支持ローラは、前記ロータリーキルン径方向支持位置を変更することにより、前記ロータリーキルンの軸心を変更可能に設けられ、前記制御手段は、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点に隣接する前記支持ローラの径方向支持位置を変更するものであっても良い。

このような特徴を有することによれば、冷却に加えて径方向支持位置の変更による軸心位置の補正を行うことができる。これにより、より高精度な軸心補正を行うことができる。

また、上記目的を達成するための本発明に係るロータリーキルンの軸心補正方法は、ロータリーキルンの軸心補正方法であって、前記ロータリーキルンの外表面に、複数の計測点を設け、前記複数の計測点における前記ロータリーキルンの軸心ずれ量を計測し、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点における冷却量をそれぞれ独立に制御することを特徴とする。

上記のような特徴を有するロータリーキルンの軸心補正装置、および方法によれば、ロータリーキルンにおいて局所的な温度上昇が発生した箇所についても対応し、軸心補正を高精度で行うことができる。

実施形態に係る軸心補正装置の全体構成を示す図である。 図１に示す軸心補正装置における一部の断面構成を示す図である。 ローラ間距離の調整によるキルンシェルの径方向支持位置の調整の様子を説明するための図である。 冷却ファンの配置とキルンシェルの配置の関係の１例を示す図である。 冷却手段を構成するファンユニットの具体的一例を示す図である。 実施形態に係る軸心補正方法の流れを説明するためのフローである。 （Ａ）は、局所的な軸心ずれと大概的な軸心ずれが生じている場合の例を示す図であり、（Ｂ）は、大概的な軸心ずれが生じている場合の例を示す図であり、（Ｃ）は、軸心ずれが生じていない場合の例を示す図である。 放射温度計によるキルンシェル表面の温度計測結果の一例と、これに基づく制御例を説明するための図である。

以下、本発明のロータリーキルンの軸心補正装置およびロータリーキルンの軸心補正方法に係る実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
実施形態に係るロータリーキルンの軸心補正装置（以下、単に軸心補正装置１０と称す）は、図１、図２に示すように、監視対称とするロータリーキルン１２と、これに付帯する計測手段、冷却手段、および制御手段３８を主体とした設備から構成される。なお、図１は、実施形態に係る軸心補正装置の全体構成を示す図であり、図２は、図１に示す軸心補正装置におけるある断面の構成を示す図である。

ロータリーキルン１２は、回転炉を構成するキルンシェル１４（胴体）と、キルンシェル１４を支持するキルン支持台１６とローラ（支持ローラ）１８、および駆動手段２０を基本として構成されている。

キルンシェル１４は、円筒状に形成された金属筒体であり、セメント製造や廃棄物処理、あるいは各種原料の精錬などに用いられる加熱炉の外郭である。キルンシェル１４は、熱処理に必要な長さ分だけ金属筒体が接続されることで長尺な加熱炉を構成する。キルンシェル１４の内側面には、耐火煉瓦１４ａが配設されている。また、キルンシェル１４の外周面には、所定の間隔毎にタイヤ２２と呼ばれる支持枠が設けられている。タイヤ２２の外周には、後述するローラ１８が転接させる構成とすることで、回転するキルンシェル１４を所望する高さで支持することができるようになる。なお、ローラ１８によりキルンシェル１４を支持する事に際しては、必ずしもタイヤ２２を介在させる必要性は無い。しかし、自重によるキルンシェル１４の変形や磨耗等を防ぐためには、キルンシェル１４の外周にタイヤ２２を設け、これを介してキルンシェル１４を支持するようにすることが望ましい。また、キルンシェル１４の外周面には、タイヤ２２の他、駆動手段２０からの駆動力を伝達するためのガースギア２４が設けられている。

キルン支持台１６は、長尺重量物であるキルンシェル１４を支持するための支持部材である。キルン支持台１６は、キルンシェル１４の軸線方向に沿って複数設けられる。各キルン支持台１６にローラ１８を配備することで、キルンシェル１４を回転支持することが可能となる。このため、キルン支持台１６の配置間隔と、キルンシェル１４の外周に設けられるタイヤ２２の配置間隔とは、対応するものとする。

ローラ１８は、タイヤ２２の下半部に転接する回転体であり、キルンシェル１４の断面中心を通る垂線ａを境界として図２中左右に対を成して設けられている。これにより、キルンシェル１４を回転支持することが可能となる。ローラ１８は、図３に示すように、対を成すローラ１８間の間隔を変化させるための駆動ユニット２６を備えている。このため、駆動ユニット２６を稼動させ、対を成すローラ１８の間隔を変化させることで、キルンシェル１４の支持高さ（径方向支持位置）を調整し、軸心位置ＡをＡ´へと変化させることができる。

複数のキルン支持台１６および複数のローラ１８によって支持されるキルンシェル１４は、被処理物を導入する側の端部（導入側端部）から、被処理物を排出する側の端部（排出側端部）にかけて、所定の傾斜角度を持つように配置されている。

駆動手段２０は、モータ等であれば良い。駆動手段２０の回転軸には、直接、あるいは図示しないギアユニットを介してピニオンギア２８が接続される。駆動手段２０は、ピニオンギア２８が、キルンシェル１４の外周面に設けられたガースギア２４に噛み合うように配備される。このような構成とすることで、駆動手段２０の駆動に応じてキルンシェル１４が回転することとなる。

計測手段は、キルンシェル１４の歪みや表面温度を計測するための手段の総称である。キルンシェル１４の歪みを計測する手段としては、例えば距離計測機器３０などであれば良い。また、表面温度を計測するための手段としては、例えば放射温度計３２などであれば良い。なお、当然に、計測手段としてはその他の計測機器であっても良い。

冷却手段は、キルンシェル１４を外部から冷却するための手段である。具体的には、微霧冷却システム３４などであれば良い。微霧冷却システム３４は、ファンユニット３４ａと、加圧ポンプユニット３４ｂ、及びフィルタユニット３４ｃを基本として構成される。ファンユニット３４ａは、微霧を噴出させるための噴霧口を備えた送風機である。実施形態では、複数のファンユニット３４ａをキルンシェル１４の軸線方向に配列し、個々のファンユニット３４ａが独立して制御されることを可能に構成されている。このような構成とすることで、長尺物であるキルンシェル１４の全域を冷却することが可能となる。加圧ポンプユニット３４ｂは、冷却水を加圧し、ファンユニット３４ａにおける噴霧口へ圧送するためのユニットである。フィルタユニット３４ｃは、冷却水に含まれる不純物を取り除き、噴霧口の目詰まりを防止するためのユニットである。

このような各構成要素を備えた微霧冷却システム３４では、フィルタユニット３４ｃに冷却水が供給されると、不純物が除去され、加圧ポンプユニット３４ｂに送られる。加圧ポンプユニット３４ｂでは、冷却水を加圧し、ファンユニット３４ａに圧送する。ファンユニット３４ａでは、噴霧口から微霧を噴出すると共に、送風機により微霧を送り出す。微霧は、空気中、およびキルンシェル１４の表面で気化し、冷却効果を発揮する。

なお、ファンユニット３４ａは、図４や図５に示すように、キルンシェル１４の軸線方向に沿って配備されたレール３６上を移動可能とする移動手段３４ａ１を備えると共に、送風方向や角度を変化させる首振り機能を備えるものとすることができる。ファンユニット３４ａをこのような構成とすることで、キルンシェル１４の所望する位置に集中的に微霧を噴霧することが可能となる。

制御手段３８は、放射温度計３２や距離計測機器３０等の計測手段により計測されたキルンシェル１４の状態データに基づいて、冷却手段のファンユニット３４ａや、ローラ１８の駆動ユニット２６に制御信号を出力するための要素である。

制御手段３８には、キルンシェル１４の表面温度や、キルンシェル１４の軸心ずれ量についての基準値や閾値が、予め定められて記録されている。例えばキルンシェル１４は、過冷却状態になると、耐火煉瓦１４ａの内面に付着するコーチング量が増したり、キルンシェル１４と耐火煉瓦１４ａの間に酸結露が生じ、低温腐食に至る場合がある。また、冷却不足に陥ると、耐火煉瓦１４ａの溶損や、キルンシェル１４外表面の高温腐食、および熱膨張による変形等が生じる場合がある。このため、基準温度や温度の許容値（閾値）に基づいて冷却手段を稼動させることで、溶損や腐食に基づくトラブルや、変形に基づく軸心ずれの発生を抑制することが可能となる。このため、表面温度の閾値には、高温側閾値と、低温側閾値が存在しており、冷却手段にて基準値を目標として温度制御を行っている。

また、軸心に関しても、基準値とその基準値に対する許容ずれ量（閾値）を定めておくことで、駆動ユニット２６によるローラ１８の位置調整を、軸心が基準値に一致するように行うことが可能となる。

次に、上記のような構成の軸心補正装置による軸心補正方法について、図６を参照して説明する。
まず、距離計測機器３０により、キルンシェル１４の軸心方向に沿った複数の計測点における軸心ずれ量を計測する（ステップ１０）。次に、あるいは軸心ずれ量の計測（ステップ１０）と同時に、キルンシェル１４の軸心方向に沿った複数の計測点における表面温度を計測する（ステップ２０）。

次に、各計測点における軸心ずれ量の計測値と、軸心ずれ量の閾値との比較を行う（ステップ３０）。比較の結果、軸心ずれ量の計測値が閾値よりも小さい場合には、ステップ１０に戻り、再び各計測点における軸心ずれ量の計測を行う。

一方、軸心ずれ量の計測値が閾値以上であった場合には、各計測点における表面温度の計測値と、表面温度の閾値との比較を行う（ステップ４０）。軸心ずれが閾値以上である計測点の温度計測値が高温側閾値以上である場合には、軸心ずれは、熱によるキルンシェル１４の変形に起因する可能性がある。このため、該当する計測点を集中的に冷却すべく、冷却手段のファンユニット３４ａに指令信号を出力する。指令信号を受けたファンユニット３４ａは、冷却対象とされる計測点を集中的に冷却するように、噴霧量、送風量、送風角度、および送風位置等が制御される（ステップ５０）。所定時間の集中冷却の後、あるいは集中冷却と共に、ステップ１０の軸心ずれ量の計測が行われ、いわゆるフィードバック制御が成される。

なお、表面温度の比較時（ステップ４０）において、計測値が高温側閾値より低い場合には、軸心ずれの原因は、タイヤ２２やローラ１８の摩耗、あるいはキルン支持台１６の沈降による可能性、あるいは熱膨張等に起因しないキルンシェル１４の塑性変形による可能性が高い。この場合には、軸心ずれを生じている計測位置近傍に位置するローラ１８の駆動ユニット２６に指令信号を出力し、対を成すローラ１８の幅を調整することで、該当箇所の軸心を基準値に近づける（ステップ６０）。

ローラ１８の位置の調整による軸心補正を行った後には、再び各計測点における軸心ずれ量の計測工程（ステップ１０）に戻る。なお、温度比較工程（ステップ４０）において、計測値が低温側閾値以下である場合には、該当する計測点における冷却効果を低減するように、該当箇所を冷却しているファンユニット３４ａに指令信号を出力する。

このような軸心補正方法によれば、キルンシェル１４の局所的温度変動に伴う局所的な変形（軸心ずれ）については、図８（Ａ）に破線で示す集中冷却箇所をファンユニット３４ａ（冷却手段）により個別的に集中冷却することで補正を行う。集中冷却により局所的な変形に基づく軸心ずれが解消した場合、また、冷却のみでは補正しきれない軸心ずれ、あるいは温度変動に起因しない軸心ずれについては、図７（Ａ）、（Ｂ）に破線で示す高さ調整箇所に位置するタイヤ２２に転接するローラ１８の支持幅を調整することで、図７（Ｃ）に示すように、軸心を直線に近づけるように補正することができる。具体的には、例えば図８に示すように、キルンシェル１４の軸線方向に沿った温度分布が計測されたとする。この場合において、計測点ａ〜ｓのうち、計測点ｃ、ｄ近傍における軸心ずれ量が大きく、かつ局所的な高温が認められると、計測点ｃ、ｄ近傍の冷却率を向上させるように、ファンユニット３４ａに指令信号を与える。そして、矢印Ａ〜Ｃで示すタイヤ２２のうち、軸心ずれが生じている計測点ｃ、ｄの近傍にあたる矢印Ａに該当するタイヤ２２を支持するローラ１８の間隔を調整することで、機械的にキルンシェル１４の歪を補正するという動作を行うのである。なお、局所的な高温部とは逆に、計測点ｐ近傍は、局所的に低温となっている。このような場合には、計測点ｐ近傍の冷却率を低下させるようにファンユニット３４ａに指令信号を与える。

このように、本発明によれば、局所的な変形と大概的な変形の双方に対応した補正を行うことができる。よって、従来に比べて軸心ずれの補正を高い精度で実施することが可能となる。

１０………軸心補正装置、１２………ロータリーキルン、１４………キルンシェル、１４ａ………耐火煉瓦、１６………キルン支持台、１８………ローラ、２０………駆動手段、２２………タイヤ、２４………ガースギア、２６………駆動ユニット、２８………ピニオンギア、３０………距離計測機器、３２………放射温度計、３４………微霧冷却システム、３４ａ………ファンユニット、３４ａ１………移動手段、３４ｂ………加圧ポンプユニット、３４ｃ………フィルタユニット、３６………レール、３８………制御手段。

Claims (3)

1. ロータリーキルンと、
   前記ロータリーキルンの軸心ずれ量を計測する計測手段と、
   前記ロータリーキルンの外表面を冷却する冷却手段と、
   前記軸心ずれ量に基づき、前記冷却手段の冷却量を制御する制御手段と、
   を有するロータリーキルンの軸心補正装置であって、
   前記ロータリーキルンの外表面に、複数の計測点を設け、
   前記計測手段は、前記複数の計測点における軸心ずれ量を計測し、
   前記冷却手段は、前記複数の計測点をそれぞれ独立して冷却可能に設けられ、
   前記制御手段は、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点における冷却量を制御すること
   を特徴とするロータリーキルンの軸心補正装置。
2. 請求項１に記載のロータリーキルンの軸心補正装置において、
   前記ロータリーキルンの外周を支持する複数の支持ローラを備え、
   前記支持ローラは、前記ロータリーキルン径方向支持位置を変更することにより、前記ロータリーキルンの軸心を変更可能に設けられ、
   前記制御手段は、前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点に隣接する前記支持ローラの径方向支持位置を変更すること
   を特徴とするロータリーキルンの軸心補正装置。
3. ロータリーキルンの軸心補正方法であって、
   前記ロータリーキルンの外表面に、複数の計測点を設け、
   前記複数の計測点における前記ロータリーキルンの軸心ずれ量を計測し、
   前記複数の計測点のうち、前記軸心ずれ量が所定の閾値以上となった計測点における冷却量をそれぞれ独立に制御すること
   を特徴とするロータリーキルンの軸心補正方法。

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