JP2016155726A - 石膏焼成炉及び石膏焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】炉内の原料石膏堆積層の流動性を改善し、焼成石膏の「焼きむら」発生を防止するとともに、焼成炉の燃料消費量を削減する。【解決手段】石膏焼成炉(1)は、平面視円形又は環状の炉内壁面を有する炉体(3-7)と、炉体の中心部に配置された燃焼管(2)とを備え、燃焼管の下部から噴出する高温ガス噴流(Hg)によって炉内の原料石膏(M)を焼成し又は乾燥させる。焼成炉は、燃焼管の下端部外周域に角度間隔を隔てて周方向に配列した複数の固定羽根(10)を有する。隣り合う固定羽根は、炉底部に噴流した高温ガスの上昇流を燃焼管の径方向外方且つ周方向に偏向する原料石膏の流動路(P)を形成する。高温ガス及び原料石膏の流動体の偏向により、炉内壁面近傍の原料石膏は炉体の周方向に付勢され、或いは、その周方向の運動が助勢される。【選択図】図４

Description

本発明は、石膏焼成炉及び石膏焼成方法に関するものであり、より詳細には、一般に炉体の中心部に配置され且つ炉頂部から鉛直下方に延びる燃焼管によって炉底部に高温ガス噴流を噴出させて、炉内の原料石膏を焼成し又は乾燥させる石膏焼成炉及び石膏焼成方法に関するものである。

石膏を原料として製造される石膏ボード、石膏板等の石膏系面材が、建築物の内装材料等の用途に広く普及している。石膏は、結晶水の存在形態に応じて、二水石膏、半水石膏及び無水石膏に大別されるが、石膏系面材の原料としては、二水石膏を焼成してなる半水石膏が一般に使用されている。半水石膏等を製造する石膏焼成炉としては、特許文献１及び２（欧州特許出願公開公報０２３０７９３号公報、特許第２５７１３７４号公報）等に記載される如く、直火式焼成炉（直接加熱式焼成炉）や、間接加熱式焼成炉等が用いられる。一般には、二水石膏を半水石膏にする焼成炉の場合、炉温は、１００℃〜２５０℃程度の温度域に設定される。また、特許文献３（特開２００５−１５２６３号公報）に記載される如く、二水石膏を無水石膏に焼成する石膏焼成炉も知られている。一般に、二水石膏を無水石膏に焼成する場合、炉温は、３００℃〜９５０℃程度の温度域に設定される。

この種の石膏焼成炉として、逆円錐状又はすり鉢状の炉底部を有するコニカルケトル形式の焼成炉と、全高に亘って概ね均一な円形断面を有する円筒状形態の焼成炉とが知られている。近年においては、炉底部が縮径したコニカルケトル形式の石膏焼成炉が半水石膏等の製造において採用される傾向もあるが、いずれの形態の焼成炉においても、炉頂部から炉内中央領域に垂下する燃焼管又は内筒が炉内に配設されるとともに、原料石膏供給手段及び排気管等が炉頂壁に接続される。

このような焼成炉の燃焼管には、燃料供給管及び燃焼用空気供給管が接続され、燃料及び燃焼用空気の燃焼反応により生成した高温の燃焼ガス又は熱ガス（以下、「高温ガス」という。）が、燃焼管の下部から炉底部に噴出する。炉内に堆積した二水石膏等の固形原料は、炉底部に噴出した高温ガスの高速噴流によって流動化し、高温ガスとの伝熱接触によって化合水を失い、これにより、半水石膏（又は無水石膏）に焼成される。かくして得られた焼成石膏は、炉内壁面の特定部位に配置された焼成石膏導出口から炉外に導出される。

欧州特許出願公開公報０２３０７９３号公報 特許第２５７１３７４号公報 特開２００５−１５２６３号公報

一般に、石膏焼成炉においては、焼成石膏の所謂「焼きむら」を確実に防止し、石膏焼成炉から導出される焼成石膏の化合水量を均一化するとともに、石膏焼成炉の運転に要する炭化水素系燃料の消費量を削減し、エネルギー効率を改善することが望まれる。本発明者等は、このような観点より、炉内の流動化現象を解析すべく、石膏焼成炉のスケルトンモデルを製作し、炉内の原料石膏堆積層の流動性に関する各種実験を実施し、この結果、以下の現象を認識するに至った。

（１）炉底部に噴出した高温ガス噴流の多くが燃焼管の外周面に沿って上方に流動し、原料石膏堆積層の上面中央領域から噴出する傾向がある。
（２）高温ガス噴流を炉底部中央領域に噴射する石膏焼成炉では、燃焼管の外周面近傍に位置する原料石膏は比較的良好に流動化する一方、高温ガス噴流は、燃焼管から離間した炉壁面近傍の炉内外周帯域に位置する原料石膏に作用し難く、この結果、炉内外周帯域の原料石膏が十分に流動化し難い。
（３）焼成石膏は、炉内外周帯域の特定部位から炉外に導出されるので、炉内の原料石膏は、全体的に炉の周方向に流動する必要があるが、炉内外周帯域の原料石膏は、逆円錐状の炉壁面に沿って下方に流動し易い反面、炉壁面の周方向には、比較的流動し難い。

石膏焼成炉としては、特許文献１〜３に記載される如く、燃焼管の下部に多数のスリット又はスロットを形成して各スリット又はスロットから高温ガス噴流を噴射する方式の焼成炉や、燃焼管の下端開口に部分的に延入する円錐状突出部を炉底面に配設して高温ガス噴流を径方向外方に拡散する方式の焼成炉等が知られているが、この他、燃焼管の下端部を多数の小径管に分割し、各小径管の下端から下向きの高温ガス噴流を噴出させるマルチチューブ（多重管）方式の焼成炉も又、近年において比較的多くの事例で採用されている。

本発明者等の認識によれば、いずれのガス噴射方式の石膏焼成炉においても、上記（１）〜（３）に記載した傾向の流動化現象が生じると考えられ、このような流動化現象は、「焼きむら」の発生や、炭化水素系燃料の消費量と比較的密接に関連すると考えられる。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、炉底部に高温ガス噴流を噴射する方式の石膏焼成炉及び石膏焼成方法において、炉内の原料石膏堆積層の流動性を改善し、焼成石膏の「焼きむら」発生を防止するとともに、焼成炉の燃料消費量を削減することにある。

本発明は、上記目的を達成すべく、円形又は環状の水平断面又は水平輪郭の炉内壁面を有する炉体と、該炉体の中心部に配置され、高温ガスを生成する燃焼管とを備え、該燃焼管の下部に配設された高温ガス出口部から高温ガス噴流を炉内領域に噴出し、炉内領域に連続的又は断続的に供給される原料石膏を高温ガスによって焼成し又は乾燥させ、焼成又は乾燥した石膏を炉外に排出する石膏焼成炉において、
前記燃焼管の外周域に角度間隔を隔てて周方向に配列した複数の固定羽根を有し、
隣り合う前記固定羽根は、炉底部に噴流した前記高温ガスの上昇流を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に偏向する前記高温ガス及び原料石膏の流動路を形成することを特徴とする石膏焼成炉を提供する。

本発明は又、上記構成の石膏焼成炉を用いた石膏焼成方法において、
炉底部に噴流した高温ガスの上昇流を前記固定羽根によって前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に案内し、該上昇流の偏向によって前記原料石膏を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に流動せしめ、これにより、炉内壁面近傍の原料石膏を炉体の周方向に付勢し、或いは、炉内壁面近傍の原料石膏の周方向の運動を助勢することを特徴とする石膏焼成方法を提供する。

他の観点より、本発明は、平面視円形又は環状の炉内壁面を有する炉体と、該炉体の中心部に配置された燃焼管とを備え、前記燃焼管の下部から噴出する高温ガス噴流によって炉内の原料石膏を焼成し又は乾燥させる石膏焼成方法において、
前記燃焼管の外周域に角度間隔を隔てて複数の固定羽根を配列し、
炉底部に噴流した前記高温ガス噴流の上昇流を前記固定羽根によって前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に案内するとともに、該上昇流によって前記原料石膏を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に流動せしめ、これにより、炉内壁面近傍の原料石膏を炉体の周方向に付勢し、或いは、炉内壁面近傍の原料石膏の周方向の運動を助勢することを特徴とする石膏焼成方法を提供する。

本発明の上記構成によれば、炉底部に噴流した高温ガスの上昇流は、固定羽根の偏向作用又は案内作用によって燃焼管の径方向外方且つ周方向に偏向して炉内外周域に流動し、炉内壁面近傍の原料石膏を炉体の周方向に付勢し、或いは、炉内壁面近傍の原料石膏の周方向の運動を助勢する。上記構成の焼成炉の実機を使用した本発明者等の実験によれば、上記固定羽根を備えない焼成炉に比べて、焼成石膏の化合水量が全体的に低下するとともに、焼成石膏に含まれる半水石膏及び無水石膏の割合が安定し、全体的に所謂「焼きむら」の少ない均一な焼成石膏を製造し得ることが判明した。また、本発明者等の実験によれば、このような原料石膏の均一焼成効果と関連して、炉内温度の設定値を５度以上低下させることができ、これにより、燃料消費量を大きく低減し得る。従って、本発明の上記構成によれば、炉内の原料石膏堆積層の流動性を改善し、焼成石膏の「焼きむら」発生を防止するとともに、焼成炉の燃料消費量を削減することができる。

本発明の石膏焼成炉及び石膏焼成方法によれば、炉底部に高温ガス噴流を噴射する方式の石膏焼成炉及び石膏焼成方法において、炉内の原料石膏堆積層の流動性を改善し、焼成石膏の「焼きむら」発生を防止するとともに、焼成炉の燃料消費量を削減することができる。

図１は、石膏焼成炉を含む石膏焼成システムの要部構成を示すシステムフロー図である。 図２は、図１に示す焼成炉の構造を概略的に示す縦断面図である。 図３は、固定羽根及び堆積層の図示を省略して示す焼成炉の部分縦断面図である。 図４は、固定羽根及び堆積層を記載した図３と同様の縦断面図である。 図５は、固定羽根の配置、形状及び構造を示す焼成炉の部分破断斜視図である。 図６は、固定羽根の配置、形状及び構造を示す焼成炉の部分破断斜視図である。 図７は、固定羽根の配置、形状及び構造を示す焼成炉の概略横断面図である。 図８は、固定羽根の構造を示す部分拡大平面図である。 図９は、固定羽根の構造を示す部分拡大正面図である。

本発明の好適な実施形態によれば、隣り合う固定羽根は、炉内外周帯域に向かって開放し且つ鉛直方向に対して全体的に傾斜して上下方向に延びる流動路を形成する。好ましくは、燃焼管の中心軸線を中心とした固定羽根の下部外端及び下部内端の角度位置に関し、高温ガス噴流の偏向方向において後方に位置する固定羽根の下部外端が、高温ガス噴流の偏向方向において前方に位置する固定羽根の下部内端よりも偏向方向前方の角度位置に位置するように位置決めされ、これにより、原料石膏の炉体周方向の運動を妨げるような径方向外方の高温ガス噴流の運動が抑制される。更に好ましくは、燃焼管に取付けられる固定羽根の基端部は、隣接する固定羽根の基端部と平面視において互いに重なり合い、隣り合う固定羽根の重なり領域（η）を燃焼管の下端部外周域に形成する。固定羽根の重なり領域（η）は、高温ガスの上昇流が燃焼管の外周面近傍の領域を上方に吹き抜けるのを阻止し又は妨げる。

本発明の好適な実施形態において、固定羽根の角度間隔は、１０〜６０度の範囲内の角度、好ましくは、１５〜３０度の範囲内の角度に設定され、各固定羽根の最上部は、炉内領域に堆積した原料石膏の堆積層上面(設計レベル)の下方に位置決めされる。なお、固定羽根の数が過少であると、各々の固定羽根の負荷又は応力が大きく、固定羽根の基部の破損又は損傷等が発生することが懸念され、他方、固定羽根の数が過大であると、隣接する固定羽根の間の間隔が縮小する結果、固定羽根に対する石膏の付着が発生することが懸念される。このため、固定羽根の枚数は、固定羽根の負荷又は応力や、固定羽根に対する石膏の付着等を考慮して適切な数に設定する必要がある。

好ましくは、堆積層上面の設計レベル(ha)は、固定羽根最上部の設計レベル(hb)×１．０〜１．２の範囲内に設定される。なお、堆積層上面及び固定羽根最上部の設計レベルは、炉底面から測定した高さ方向の寸法である。また、堆積層上面は、燃焼炉の作動中に不規則に挙動するが、堆積層上面の設計レベルは、定常運転時又は通常運転時における設計上又は理論上の設定レベル又は平均レベルである。即ち、固定羽根は、堆積層上面(設計レベル)の下方に好ましく配置することができ、従って、固定羽根は、設計上は、炉内領域に堆積した原料石膏の堆積層に実質的に完全に埋没する高さ位置に好ましく配置し得る。

更に好ましくは、固定羽根は、湾曲した流動路を形成する湾曲板からなり、流動路は、上昇流とともに上方に流動する原料石膏を周方向且つ径方向外方に偏向する。好適には、固定羽根の上縁部は、平面視において湾曲するとともに、燃焼管の径方向外方に向かって全体的に下方に傾斜し、固定羽根の下縁部は、平面視において湾曲するとともに、実質的に水平に延びる。固定羽根の下部外端の直径（炉体又は燃焼管の中心軸線を中心とした直径(db)）は、同一レベルにおける炉内壁面の直径よりも小さく、固定羽根及び炉内壁面は、所定の水平距離(dc)を隔てて離間する。固定羽根の下端縁のレベルにおいて、固定羽根の直径(db)は、好ましくは、炉内壁面の内径(da)×０．８〜１．０の範囲内、更に好ましくは、炉内壁面の内径(da)×０．９〜１．０の範囲内に設定される。

好適には、固定羽根を備えた焼成炉においては、固定羽根を備えない同一条件の焼成炉に比べ、焼成温度の設定値が５度以上低下される。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、石膏焼成炉を含む石膏焼成システムの要部構成を示すシステムフロー図である。

石膏焼成システムは、二水石膏を焼成するコニカルケトル型の石膏焼成炉１（以下、「焼成炉１」）という。）と、二水石膏を原料石膏Ｍとして焼成炉１に供給するための原料石膏供給装置Ｉ（仮想線で全体を概略的に示す。）と、原料石膏供給装置Ｉの原料石膏Ｍを焼成炉１の炉内領域αに投入又は装入する原料石膏供給路Ｓと、炉内領域αの燃焼排ガスｅを炉頂部から排気する排ガス管Ｅと、排ガス管Ｅに接続されたサイクロン式の粉体分離装置Ｂと、圧縮空気供給管Ｋを介して焼成炉１に接続されたコンプレッサＣとを備える。粉体分離装置Ｂは、排気路Ｇを介してバグフィルタ等の集塵装置（図示せず）に接続され、集塵装置は、燃焼排ガスｅを大気解放等により系外に排気するための排気ファン（図示せず）に接続される。粉体分離装置Ｂ及び集塵装置によって分離又は捕捉された粉体又はダストは、排出路Ｊを介して系外に排出され、或いは、粉体回収路Ｒを介して焼成炉１に再循環される。なお、図１において、原料石膏及び焼成石膏の搬送装置及び搬入・搬出装置の具体的構成や、排気系を構成する各種機器の具体的構成等は、図示を省略されている。

焼成炉１は、反応容器形又は反応炉形の一体的な炉体を有し、乾燥炉又は焼成ケトル(calcination kettle)とも呼ばれる。原料石膏Ｍは、原料石膏供給路Ｓを介して連続的又は断続的に炉内領域に供給され、焼成石膏Ｗは、搬出路Ｖによって連続的又は断続的に炉外に送出される。焼成炉１は、炉体の中心部に鉛直下向きに配置された燃焼管２と、燃焼管２を鉛直方向に貫通せしめた水平な炉頂壁３と、円筒壁５及び円錐壁６を一体的に連接してなる環状炉壁４と、炉頂壁３に比べて直径が縮小した水平な炉底壁７とを有する。円筒壁５及び円錐壁６は、真円形又は環状の水平断面又は水平輪郭を有する。燃焼管２は、燃焼管２の中心軸線（鉛直軸線）に沿って配置された燃料供給路２１及び燃焼用空気供給路２２と、燃料及び燃焼用空気を混合する混合器２３とを備える。燃料供給管Ｆが燃料供給路２１に接続され、燃焼用空気供給管Ａが、燃焼用空気供給路２２に接続される。燃料供給路２１は、燃料供給管Ｆを介して都市ガス供給源等の燃料供給源（図示せず）に接続される。燃焼用空気供給路２２は、燃焼用空気供給管Ａを介して給気装置Ｑに接続される。給気装置Ｑは、大気等の外気ＯＡを燃焼用空気供給路２２に圧送する遠心ファン又はブロワ等からなる。また、排気再循環用のファンＮを介装した再循環空気供給路Ｕが燃焼管２に接続され、排気路Ｇの燃焼排ガスの一部が、燃焼管２に導入される。なお、燃料供給系機器等の具体的構成は、図１において図示を省略されている。また、必要に応じて二次燃焼空気を燃焼管２に供給する二次空気供給系等についても、図１において図示を省略されている。

燃料供給路２１及び燃焼用空気供給路２２の燃料及び燃焼用空気は、混合器２３において混合接触して燃焼反応し、燃焼管２の管内領域βに高温の燃焼ガスを生成する。燃焼管２は、管内領域βの出口部を多数の狭小断面流路に分割したマルチチューブ（多重管）方式の燃焼管であり、多数の小径管２４を有する。小径管２４は、炉底壁７の近傍において炉底部に下向きに開口する。筒内領域βの燃焼ガスは、高温の熱ガスＨ（以下、「高温ガスＨ」という。）として各小径管２４に流入し、小径管２４の下端開口から炉底壁７に向かって噴出する。

炉内領域αには、原料石膏供給路Ｓによって供給された原料石膏Ｍが堆積層Ｍｓとして堆積する。堆積層Ｍｓの上面Ｍａは、燃焼管２の下部よりも若干上方に位置し、炉内領域α内に位置する燃焼管２の部分は、概ね、その１／４程度が原料石膏Ｍの堆積層Ｍｓ内に埋入する。高温ガスＨは、燃焼管２及び小径管２４の管壁を介して炉内領域αに放熱して温度降下するが、概ね２００〜３００℃のガス温度を依然として保有する高温ガス噴流Ｈｇとして小径管２４の下端開口から下向きに噴流する。原料石膏Ｍは、炉底部に噴出した高温ガス噴流Ｈｇによって流動化するとともに、高温ガス噴流Ｈｇとの伝熱接触によって化合水を失い、主として半水石膏に焼成される。

焼成石膏導出口８が、概ね上面Ｍａのレベルｈａ（炉底面から測定した高さ位置）において円錐壁６に開口する。焼成石膏導出口８には、開閉制御弁（図示せず）が配設される。炉底部の焼成石膏を焼成石膏導出口８に導くための導出路７０が、円錐壁６の傾斜面に沿って配設され、エアーランス装置８０を構成する圧縮空気噴射管８１が、導出路７０の流路部分を貫通して斜め下方に延びる。エアーランス装置８０は、圧縮空気供給管Ｋを介してコンプレッサＣに接続される。エアーランス装置８０は、圧縮空気噴射管８１の管壁に配設された多数の空気噴射口（図示せず）から圧縮空気を噴射し、炉底部の焼成石膏は、圧縮空気の噴射圧力に助勢されて焼成石膏導出口８から炉外に流動する。焼成石膏導出口８の外側には、オーバーフロー装置９が配設される。オーバーフロー装置９は、オーバーフローゲート９０を備える。焼成石膏導出口８及びオーバーフロー装置９を介して炉外に送出された焼成石膏Ｗは、搬出路Ｖによって後続工程の装置（ホモジナイザー、粉砕機等）又はサイロに供給される。

温度検出器Ｔの検出部が、導出路７０の下端部に配設される。温度検出器Ｔは、炉外に導出される焼成石膏の温度（品温）を検出する。本例の石膏焼成システムは、温度検出器Ｔによって焼成温度を計測して、システム内の各種装置又は機器の作動を制御する制御系（図示せず）を有する。

このように構成された焼成炉１においては、原料石膏Ｍの流動化を促進するとともに、原料石膏Ｍ（又は焼成石膏Ｗ）を周方向に付勢して、焼成石膏Ｗを焼成石膏導出口８から円滑に炉外に導出せしめることが望ましい。このため、焼成炉１は、流動化促進手段且つ周方向付勢手段として、周方向に間隔を隔てて燃焼管２の下端部に配設された複数又は多数の固定羽根１０を備える。

図２は、焼成炉１の構造を概略的に示す縦断面図である。図３は、燃焼管２の下部の構造を示すために固定羽根１０及び堆積層Ｍｓの図示を省略して示す焼成炉１の部分縦断面図であり、図４は、固定羽根１０及び堆積層Ｍｓを記載した図３と同様の縦断面図である。また、図５〜図７は、固定羽根１０の配置、形状及び構造を示す焼成炉１の部分破断斜視図及び概略横断面図である。図５〜図７においては、固定羽根１０の構造を明瞭に示すために、小径管２４及び堆積層Ｍｓは、図示を省略されている。更に、図８及び図９は、固定羽根１０の構造を示す部分拡大平面図及び部分拡大正面図である。

図２には、図１に示す焼成炉１の構造が概略的に示されている。図２に示す如く、焼成炉１の炉体は、円筒壁５の外面に突設した顎部又は脚部５１を介して支持フレーム５２（図２に部分的に示す）に支持される。原料石膏供給路Ｓを構成する管路５３が炉頂壁３を貫通し、炉内領域αにおいて下方に延びる。原料石膏Ｍの堆積層上面Ｍａ（レベルｈａ）は、管路５３の下端開口５４の下方に位置する。

図３に示す如く、燃焼管２は、直径が拡大した拡大下端部２６を有し、拡大下端部２６は、直管部分２７の下端に接続される。拡大下端部２６の外周面は、真円形の水平断面を有する。拡大下端部２６の底板２５には、前述のマルチチューブを構成する多数の小径管２４が接続される。各小径管２４は、流路断面を縮小した流路を形成する。各小径管２４は、例えば、燃焼管２の流路断面積の１／５０以下、例えば、１００分の１程度の流路断面積を有する。小径管２４の上端部は、管内領域βに開口し、小径管２４の下端部は、炉底壁７の近傍において炉底部に下向きに開口する。所望により、前述の混合器２３を拡大下端部２６内に配置しても良い。

図２及び図４に示すように、固定羽根１０は、上面Ｍａの下側において拡大下端部２６の外周域に配置される。固定羽根１０の最上部（図９に示す固定羽根１０の上部内端１８）は、レベルｈｂの高さ位置（炉底面から測定した高さ寸法ｈｂの位置）に位置決めされる。図２及び図４に示すレベルｈａを上面Ｍａの設定レベル又は設計レベルとすると、レベルｈａは、レベルｈｂ×１．０〜レベルｈｂ×１．２の範囲内に好ましく設定し得る。即ち、固定羽根１０は、堆積層Ｍｓに実質的に完全に埋没する高さ位置に好ましく配置し得る。但し、焼成炉１の作動中は、堆積層Ｍｓの上面Ｍａは、比較的激しく挙動し、上面Ｍａには、起伏、隆起、沈降等の現象が発生するので、多くの場合、固定羽根１０の上部は、上面Ｍａの上方域に部分的に露出する。従って、レベルｈａ、ｈｂの上記位置関係は、あくまで、設計上又は初期設定上の位置関係を意味するものと理解すべきである。

図２及び図４に示すように、燃焼管２の中心軸線を中心とした固定羽根１０の下部外端の直径ｄｂは、同一レベルにおける円錐壁６の内径ｄａよりも小さく、固定羽根１０及び円錐壁６は、水平距離ｄｃを隔てて離間する。直径ｄｂは、好ましくは、内径ｄａ×０．８〜１．０の範囲内、更に好ましくは、内径ｄａ×０．９〜１．０の範囲内に設定され、従って、水平距離ｄｃは、好ましくは、内径ｄａ×０．１以下、更に好ましくは、内径ｄａ×０．５以下の寸法に設定される。なお、本例において、燃焼管２及び円錐壁６の中心軸線は、実質的に一致する。

図７に示す如く、固定羽根１０は、燃焼管２の中心軸線ＣＬ廻りに均一な角度間隔θ１を隔てて周方向に配列される。角度間隔θ１は、好ましくは、１０〜６０度の範囲内の角度、更に好ましくは、１５〜３０度の範囲内の角度（本例では、２２．５度）に設定され、固定羽根１０の数は、好ましくは、６〜３６体の範囲内の数、更に好ましくは、１２〜２４体の範囲内の数（本例では、１６体）に設定される。固定羽根１０の基端部は、拡大下端部２６の外周面に一体的に取付けられ、概ね拡大下端部２６の径方向外方に延びる。なお、固定羽根１０の角度間隔は、必ずしも全周に亘って均一な値に設定しなくとも良く、焼成炉１及び燃焼管２の構造等に相応して任意に設定することができる。

図８及び図９に示す如く、各固定羽根１０は、湾曲した内縁１１、外縁１２、上縁１３及び下縁１４を有する金属製の湾曲板からなる。内縁１１を含む固定羽根１０の基端部は、ブラケット及びボルト等の取付手段（図示せず）、或いは、溶接等の接合手段によって拡大下端部２６に固定され、固定羽根１０は、拡大下端部２６の外表面と実質的に連続する面を形成する。内縁１１、外縁１２、上縁１３及び下縁１４は、所定の曲率半径で湾曲しており、斜め上方に向いた凸状曲面１５と、斜め下方に向いた凹状曲面１６とが、各固定羽根１０によって形成される。上縁１３は、外方に向かって下方に傾斜しており、下縁１４は、概ね水平に延びる。

隣り合う固定羽根１０の間には、平面視において燃焼管２の周方向且つ径方向外方に湾曲して延びる流動路Ｐが形成される。流動路Ｐは、炉内外周帯域に向かって開放するとともに、鉛直方向に対して全体的に傾斜した湾曲流路の形態で上下方向に延びる。後述する如く、流動路Ｐは、高温ガス噴流Ｈｇの上昇流を燃焼管２の径方向外方且つ周方向に偏向せしめる。

図８には、中心軸線ＣＬ及び上部外端１７を通る燃焼管２の直径方向（平面視）の線分ＤＬ１が、一点鎖線で示されている。図８に示すように、固定羽根１０の上部外端１７の接線Ｔｈ（水平面内）は、線分ＤＬ１に対して角度θ２をなす方向に配向される。また、図９に示す如く、固定羽根１０の上部内端１８及び上部外端１７の接線Ｔｖ、Ｔｖ'（鉛直面内）は、鉛直方向ＶＬに対して角度θ３、θ４をなす方向に配向される。好ましくは、角度θ２は、２０〜６０度の範囲内、好ましくは、３０〜５０度の範囲内の角度に設定され、角度θ３、θ４は、２０〜６０度の範囲内、好ましくは、３０〜５５度の範囲内の角度に設定される。

図８に示す如く、隣接する固定羽根１０は、平面視において、基端部が互い重なり合い且つ先端部が相互離間するように配置される。固定羽根１０の下部内端１９及び下部外端２０が、図８に示されている。また、図８には、燃焼管２の直径方向（平面視）の線分ＤＬ２、ＤＬ３が、一点鎖線で示されている。線分ＤＬ２は、高温ガス噴流Ｈｇの偏向方向前方（本例では、平面視時計廻り方向）に位置する固定羽根１０の下部内端１９と、中心軸線ＣＬとを通る。線分ＤＬ３は、高温ガス噴流Ｈｇの偏向方向後方に位置する固定羽根１０の下部外端２０と、中心軸線ＣＬとを通る。また、固定羽根１０の重なり領域η（平面視）が、図８に斜線で示されている。

偏向方向後方に位置する固定羽根１０の下部外端２０は、偏向方向前方に位置する固定羽根１０の下部内端１９に対し、偏向方向前方に偏倚した角度位置に位置決めされており、下部内端１９及び下部外端２０は、中心軸線ＣＬ廻りに中心角θ５の角度間隔を隔てて配置される。即ち、偏向方向後方の固定羽根１０の下部外端２０の角度位置は、偏向方向前方の固定羽根１０の下部内端１９の角度位置に対し、中心軸線ＣＬを中心として、偏向方向前方に角度θ５の位相差を有する。

本発明者の実験によれば、拡大下端部２６の底板２５は、上昇する高温ガス噴流Ｈｇを拡大下端部２６の径方向外方に差し向けるように作用する。このため、炉内壁面近傍における原料石膏Ｍの炉体周方向の運動は、径方向外方に差し向けられた高温ガス噴流Ｈｇの運動によって妨げられる傾向がある。また、本発明者の実験によれば、炉底部に流出した高温ガス噴流Ｈｇは、図３に上向き矢印で示す如く小径管２４の管群に沿って上昇し、拡大下端部２６の外周面近傍の帯域において上面Ｍａに噴出する傾向がある。これは、金属管（小径管２４）と原料石膏Ｍとの境界域において高温ガス噴流Ｈｇの流動抵抗が相対的に小さく、高温ガス噴流Ｈｇが小径管２４に沿って上昇し易いことに起因する現象であると考えられる。

しかしながら、偏向方向後方の固定羽根１０の下部外端２０は、偏向方向前方の固定羽根１０の下部内端１９に対し、中心角θ５の位相差を有し、偏向方向後方の固定羽根１０の下部外端２０は、偏向方向前方の固定羽根１０の下部内端１９よりも偏向方向前方の角度位置に配置されるので、底板２５によって径方向外方に差し向けられた高温ガス噴流Ｈｇは、固定羽根１０によって確実に偏向される。従って、径方向外方に向かう高温ガス噴流Ｈｇの運動によって原料石膏Ｍの炉体周方向の運動が妨げられる現象は、確実に防止することができる。なお、角度θ５は、０度よりも大きく、固定羽根１０の角度間隔θ１に対し、好ましくは、θ１×０．３以下の範囲内、更に好ましくは、θ１×０．２以下の範囲内に設定される。また、上記の如く固定羽根１０の重なり領域ηを確保することにより、拡大下端部２６の外周面近傍における高温ガス噴流Ｈｇの上昇が効果的に妨げられ、高温ガス噴流Ｈｇの上昇流は、固定羽根１０によって偏向される。かくして、上記位相差（角度θ５）及び重なり領域ηは、以下に説明する高温ガス噴流Ｈｇの炉内循環を促し、原料石膏Ｍの均一な焼成に寄与する。なお、特定の固定羽根１０の上部内端１８と、これに隣接する固定羽根１０の下部内端１９とがなす角度を角度θ６とし、重なり領域ηの径方向外端νと下部内端１９との間の距離（平面視）を寸法Ｌ１とし、固定羽根１０の平面視対角線方向の長さ（即ち、固定羽根１０の平面視最大長）を寸法Ｌ２とすると、重なり領域ηは、角度θ６＞０且つＬ１／Ｌ２≦１／２の範囲内に好ましく設定し得る。

図４〜図９に矢印で示す如く、固定羽根１０は、流動路Ｐ内を上昇する高温ガス噴流Ｈｇを径方向外方且つ周方向に案内し、高温ガス噴流Ｈｇによって流動化した原料石膏Ｍの流動体を高温ガス噴流Ｈｇとともに径方向外方且つ周方向に差し向ける。流動路Ｐ内の高温ガス噴流Ｈｇ及び原料石膏Ｍは、上縁１３及び外縁１２の近傍から概ね拡大下端部２６の接線方向に流出して、炉内外周帯域に流動する。固定羽根１０は、全体的に湾曲しており、しかも、固定羽根１０の上縁１３は、外方に向かって下方に傾斜しているので、このような高温ガス噴流Ｈｇ及び原料石膏Ｍの運動は、固定羽根１０の上側角部領域の存在によっては妨げられない。炉内外周帯域に流動した高温ガス噴流Ｈｇは、炉内壁面近傍の石膏原料Ｍに伝熱接触する。また、周方向に差し向けられた高温ガス噴流Ｈｇ及び原料石膏Ｍは、炉内外周帯域の石膏原料Ｍを周方向に付勢し、或いは、炉内外周帯域の石膏原料Ｍの周方向運動を助勢する。

次に、上記構成の焼成炉１の作動について説明する。

図１に示す石膏焼成システムの使用においては、原料石膏供給装置Ｉにおいて調製された原料石膏Ｍが、原料石膏供給路Ｓによって燃焼領域αに供給され、燃焼領域αの下部に堆積する。燃焼用空気が、給気装置Ｑの給気圧力下に燃焼用空気供給管Ａによって燃焼用空気供給路２２に供給され、都市ガス等の炭化水素系燃料が、燃料供給管Ｆによって燃料供給路２１に供給される。混合器２３において接触混合した空気及び燃料は、燃焼管２内において高温の燃焼ガスを生成する。燃焼ガスは、高温ガスＨとして小径管２４に流入し、高温ガス噴流Ｈｇとして小径管２４の下端開口から炉底部に噴流する。

高温ガス噴流Ｈｇは、図４〜図９に矢印で示す如く小径管２４の管群に沿って上昇し、上記の如く、固定羽根１０によって径方向外方且つ周方向に偏向される。堆積層Ｍｓの原料石膏Ｍは、高温ガス噴流Ｈｇによって流動化するとともに、高温ガス噴流Ｈｇとの伝熱接触によって加熱される。高温ガス噴流Ｈｇは、原料石膏Ｍを加熱して冷却した後、上面Ｍａから炉内上部域に噴出し、燃焼排ガスｅとして炉頂部から排ガス管Ｅに流入し、粉体分離装置Ｂ及び集塵装置を介して系外に排気される。

高温ガス噴流Ｈｇの圧力によって堆積層Ｍｓの中心部を上昇した原料石膏Ｍの多くは、堆積層Ｍｓの上層部において径方向外方に移動し、円錐壁６の炉内壁面に沿って降下し、炉底部に循環する。固定羽根１０によって径方向外方且つ周方向に差し向けられた高温ガス噴流Ｈｇ及び原料石膏Ｍの流動体は、円錐壁６の近傍に位置する原料石膏Ｍを円錐壁６の周方向に付勢し、原料石膏Ｍに対して炉体周方向の運動を与え、或いは、原料石膏Ｍの炉体周方向の運動を助勢する。即ち、炉内壁面近傍を炉体周方向に流動する原料石膏Ｍ又は焼成石膏Ｗの流れ又は移動層が、固定羽根１０の受動的偏向作用によって堆積層Ｍｓ内に形成される。なお、この流れ又は移動層は、独立した流れ又は移動層として必ずしも明確でなくとも良い。即ち、固定羽根１０は、炉内壁面近傍の原料石膏Ｍ又は焼成石膏Ｗの少なくとも一部を炉体周方向に流動せしめる炉内循環流を形成し、或いは、このような炉内循環流を堆積層Ｍｓに形成することを意図したものである。

原料石膏Ｍは、このような流動過程で高温ガスと熱交換して加熱され、化合水を喪失して半水石膏等に焼成された後、オーバーフロー装置９によって焼成石膏導出口８から炉外に導出され、搬出路Ｖにより焼成石膏Ｗとして次工程の装置系等に供給される。

このような焼成炉１の実機を使用した本発明者の実験によれば、本実施例に係る焼成炉１において二水石膏を半水石膏に焼成した場合、固定羽根１０を備えない従来の焼成炉に比べて焼成石膏Ｗ中の二水石膏の割合が低下し、化合水量が全体的に低下した焼成石膏であって、所謂「焼きむら」の少ない均一な半水石膏を製造し得ることが判明した。また、このように原料石膏Ｍを均一に焼成し得ることから、焼成温度の設定値を約６〜７度低下させ、例えば、温度検出器Ｔによって検出される焼成温度に関し、その目標値又は設定値＝１５０度を目標値又は設定値＝１４３度又は１４４度に低下させることが可能となった。例えば、都市ガスを焼成炉１の燃料として使用する場合、燃料消費量は、炉内温度設定値を６．５度低下させることにより、約５％低下する。従って、上記構成の固定羽根１０の使用は、焼成炉１の燃料消費量を削減する上で、極めて有効な手段であると考えられる。

以上、本発明の好適な実施形態及び実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態又は実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能である。

例えば、上記実施例では、上記実施例は、マルチチューブ型の燃焼管に対して本発明の構成を適用した石膏焼成炉に関するものであるが、燃焼管の下端部にスリット等を形成した形式の燃焼管等に本発明を適用しても良い。

また、上記実施例は、コニカルケトル型の石膏焼成炉に関するものであるが、円筒状形態の焼成炉等の他の形態の石膏焼成炉において、本発明の構成を適用することも可能である。

更に、上記実施例は、二水石膏を半水石膏に焼成する石膏焼成炉に関するものであるが、二水石膏を無水石膏に焼成する石膏焼成炉や、石膏廃材を原料石膏として用いる石膏焼成炉等に本発明の構成を適用しても良い。

また、上記実施例においては、堆積層上面及び固定羽根の設計上の相対位置をレベルｈａ＝レベルｈｂ×１．０〜１．２に設定しているが、所望より、堆積層上面及び固定羽根の設計上の相対位置をレベルｈａ＜レベルｈｂの関係に設定することも可能である。

更には、固定羽根及び燃焼管の相対位置を調節するための位置調節手段を介して固定羽根の基端部を燃焼管に取付け、固定羽根の位置を可変設定し得るように固定羽根及び燃焼管を構成しても良い。また、上記実施例では、固定羽根は、燃焼管の外表面と実質的に連続する面を形成しているが、所望により、固定羽根の基端部と燃焼管の外表面との間に若干の隙間又はクリアランスを形成することも可能である。

本発明は、石膏焼成炉及び石膏焼成方法に適用される。本発明は殊に、石膏系面材の原料として使用される半水石膏等を製造すべく、原料石膏を焼成又は乾燥させる石膏焼成炉及び石膏焼成方法に好ましく適用される。本発明によれば、炉内の原料石膏堆積層の流動性を改善し、焼成石膏の「焼きむら」発生を防止するとともに、焼成炉の燃料消費量を削減することができるので、その実用的価値は、顕著である。また、本発明の構成は、新設の焼成炉のみならず、既設の焼成炉の改修に対しても比較的容易に適用し得るので、実務的に有利である。

１ 石膏焼成炉
２ 燃焼管
３ 炉頂壁
４ 炉壁
５ 円筒壁
６ 円錐壁
７ 炉底壁
８ 焼成石膏導出口
９ オーバーフロー装置
１０ 固定羽根
１１ 内縁
１２ 外縁
１３ 上縁
１４ 下縁
１５ 凸状曲面
１６ 凹状曲面
１７ 上部外端
１８ 上部内端
１９ 下部内端
２０ 下部外端
２１ 燃料供給路
２２ 燃焼用空気供給路
２３ 混合器
２４ 小径管
２５ 底板
２６ 拡大下端部
２７ 直管部分
α 炉内領域
β 管内領域
η 重なり領域
ν 重なり領域の径方向外端
Ａ 燃焼用空気供給管
Ｆ 燃料供給管
Ｈ 高温ガス（高温の熱ガス）
Ｈｇ 高温ガス噴流
Ｍ 原料石膏
Ｍａ 堆積層の上面
Ｍｓ 原料石膏の堆積層
Ｐ 流動路
Ｓ 原料石膏供給路
Ｗ 焼成石膏

Claims (13)

1. 円形又は環状の水平断面又は水平輪郭の炉内壁面を有する炉体と、該炉体の中心部に配置され、高温ガスを生成する燃焼管とを備え、該燃焼管の下部に配設された高温ガス出口部から高温ガス噴流を炉内領域に噴出し、炉内領域に連続的又は断続的に供給される原料石膏を高温ガスによって焼成し又は乾燥させ、焼成又は乾燥した石膏を炉外に排出する石膏焼成炉において、
   前記燃焼管の外周域に角度間隔を隔てて周方向に配列した複数の固定羽根を有し、
   隣り合う前記固定羽根は、炉底部に噴流した前記高温ガスの上昇流を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に偏向する前記高温ガス及び原料石膏の流動路を形成することを特徴とする石膏焼成炉。
2. 隣り合う前記固定羽根は、炉内外周帯域に向かって開放し且つ鉛直方向に対して全体的に傾斜して上下方向に延びる前記流動路を形成することを特徴とする請求項１に記載の石膏焼成炉。
3. 前記燃焼管の中心軸線を中心とした前記固定羽根の下部外端及び下部内端の角度位置に関し、前記高温ガス噴流の偏向方向において後方に位置する前記固定羽根の下部外端が、前記高温ガス噴流の偏向方向において前方に位置する前記固定羽根の下部内端よりも偏向方向前方の角度位置に位置するように位置決めされ、或いは、前記燃焼管に取付けられる前記固定羽根の基端部は、隣接する前記固定羽根の基端部と平面視において互いに重なり合い、隣り合う前記固定羽根の重なり領域（η）を前記燃焼管の下端部外周域に形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の石膏焼成炉。
4. 前記角度間隔は、１０〜６０度の範囲内の角度に設定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の石膏焼成炉。
5. 前記固定羽根は、炉内領域に堆積した前記原料石膏の堆積層に少なくとも部分的に埋没する高さ位置に配置されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の石膏焼成炉。
6. 前記固定羽根は、湾曲した前記流動路を形成する湾曲板からなり、該流動路は、前記上昇流とともに上方に流動する前記原料石膏を周方向且つ径方向外方に偏向することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の石膏焼成炉。
7. 前記固定羽根の上縁部は、平面視において湾曲するとともに、前記燃焼管の径方向外方に向かって全体的に下方に傾斜していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の石膏焼成炉。
8. 前記固定羽根の下縁部は、平面視において湾曲し、前記下縁部の外端部は、前記炉内壁面から所定の水平距離(dc)を隔てて離間しており、前記水平距離(dc)は、前記外端部のレベルにおける前記炉内壁面の内径(da)に対し、該内径(da)×０．１以下の寸法に設定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の石膏焼成炉。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載された石膏焼成炉を用いた石膏焼成方法において、
   炉底部に噴流した高温ガスの上昇流を前記固定羽根によって前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に案内し、該上昇流の偏向によって前記原料石膏を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に流動せしめ、これにより、炉内壁面近傍の原料石膏を炉体の周方向に付勢し、或いは、炉内壁面近傍の原料石膏の周方向の運動を助勢することを特徴とする石膏焼成方法。
10. 前記固定羽根を備えることにより、焼成温度の設定値を５度以上低下させることを特徴とする請求項９に記載の石膏焼成方法。
11. 平面視円形又は環状の炉内壁面を有する炉体と、該炉体の中心部に配置された燃焼管とを備え、前記燃焼管の下部から噴出する高温ガス噴流によって炉内の原料石膏を焼成し又は乾燥させる石膏焼成方法において、
    前記燃焼管の外周域に角度間隔を隔てて複数の固定羽根を配列し、
    炉底部に噴流した前記高温ガス噴流の上昇流を前記固定羽根によって前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に案内するとともに、該上昇流によって前記原料石膏を前記燃焼管の径方向外方且つ周方向に流動せしめ、これにより、炉内壁面近傍の原料石膏を炉体の周方向に付勢し、或いは、炉内壁面近傍の原料石膏の周方向の運動を助勢することを特徴とする石膏焼成方法。
12. 前記燃焼管の中心軸線を中心とした前記固定羽根の下部外端及び下部内端の角度位置に関し、前記高温ガス噴流の偏向方向において後方に位置する前記固定羽根の下部外端が、前記高温ガス噴流の偏向方向において前方に位置する前記固定羽根の下部内端よりも偏向方向前方の角度位置に位置するように位置決めされ、これにより、前記原料石膏の炉体周方向の運動を妨げるような径方向外方の高温ガス噴流の運動が抑制され、或いは、隣接する前記固定羽根の基端部が平面視において互いに重なり合うように該固定羽根が配置され、隣り合う前記固定羽根の重なり領域（η）が、前記燃焼管の下端部外周域に形成され、該重なり領域（η）は、前記上昇流が前記燃焼管の外周面近傍の領域を上方に吹き抜けるのを妨げることを特徴とする請求項１１に記載の石膏焼成方法。
13. 前記固定羽根を備えることにより、焼成温度の設定値を５度以上低下させることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の石膏焼成方法。

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