JP2019168139A - 回転型熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定したシール性能が得られ、回転炉の気密性を保持することが可能な回転型熱処理装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る回転型熱処理装置は、回転炉１０と、回転炉１０の入口部１１及び／又は出口部１２に設けられた固定部材４と、回転炉１０の入口部１１及び／又は出口部１２の側方に設けられ、回転炉１０の変化に伴って移動する移動体２１と、固定部材４の端部と移動体２１の一端との間に設けられたベローズ２２と、移動体２１の他端に設けられたガイドローラー２３と、回転炉１０の外周を囲むように設けられ、ガイドローラー２３を転動可能に支持するレール１５と、回転炉１０の入口部１１及び／又は出口部１２近傍において、移動体２１と回転炉１０の外周面とに密接するオイルシール２４とを備える。【選択図】図５

Description

本発明は、回転型熱処理装置に関する。

ロータリーキルン等の回転型熱処理装置では、回転する円筒体（レトルト）内に被処理物を投入し、円筒体を回転することで被処理物を入口部から出口部へと移送させながら、加熱処理が行われる。このような回転型熱処理装置においては、回転部と固定部との間に隙間が存在し、この隙間から火炎の吹出しやガス漏れ、円筒体内への大気の吸引が起こる。これを防止するため、回転部と固定部との間のシール構造が種々提案されている。

特許文献１には、運転時に加熱されて伸長し、休止時には冷却されて収縮するレトルトの入口部又は出口部をシールする構造を有するロータリーキルンが開示されている。このシール構造では、レトルトの伸縮に伴って移動する移動体に装着されたばねの弾性力により、シール部材を介して保持板がレトルトの端面と気密に摺接される。

特許文献２には、回転する炉体の入口部、出口部近傍において、炉体外周面に密接するシール部材を支持するケーシングがそれぞれ設けられ、該ケーシングがエキスパンジョンジョイントを介して入口部、出口部を覆う固定フードにそれぞれ接続されたロータリーキルンが開示されている。シール部材には、オイルシールとオイレスメタルとが併用されている。

特許文献３には、炉本体の周囲に設けられた第１シール板と、第１シール板と摺動する第２シール板とを覆うカバーリングを備え、第２シール板とカバーリングとの間及びカバーリングと固定フードとの間にはベローズが設けられたロータリーキルンのシール構造が開示されている。これらのベローズにより、炉本体と固定フードとの間のガスシールが行われる。

特許文献４には、キルン本体の端部に設けられたディスク板と、固定フードにベローズを介して連結された環状の抑え板との間に、シール部材を配置したロータリーキルンのシール構造が開示されている。抑え板のシール面側には、加圧手段を有した２つの溝が設けられている。これら２つの溝にはそれぞれシールリングが装着され、ディスク板と抑え板と２本の溝の間に気体又は液体が導入される。

特開２００３−０２１４６１号公報 実開昭６０−０９６５９７号公報 特開２００５−１９５１９８号公報 特開２００６−０７８１４９号公報

特許文献１に記載の構造では、レトルトの回転やレトルトと保持板との摺動によりシール部材が損傷しやすく、摩耗が早い。また、レトルトの回転軸が傾くことにより、シール部材が偏摩耗を起こす恐れがある。このため、シール性能が低下し、レトルトの気密性が損なわれるという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、安定したシール性能が得られ、回転炉の気密性を保持することが可能な回転型熱処理装置を提供することである。

本発明の一態様に係る回転型熱処理装置は、回転炉と、前記回転炉の入口部及び／又は出口部に設けられた固定部材と、前記回転炉の前記入口部及び／又は前記出口部の側方に設けられ、前記回転炉の変化に伴って移動する移動体と、前記固定部材の端部と前記移動体の一端との間に設けられたベローズと、前記移動体の他端に設けられたローラーと、前記回転炉の外周を囲むように設けられ、前記ローラーを転動可能に支持するレールと、前記回転炉の前記入口部及び／又は前記出口部近傍において、前記移動体と前記回転炉の外周面とに密接するオイルシールとを備える。

本発明によれば、安定したシール性能が得られ、回転炉の気密性を保持することが可能な回転型熱処理装置を提供することが可能となる。

実施の形態に係る回転型熱処理装置の構成の一例を示す図である。 図１の回転炉、入口部側シール構造、出口部側シール構造を抜き出した図である。 入口部側シール構造を拡大した図である。 出口部側シール構造を拡大した図である。 実施の形態に係る回転炉のシール構造を示す模式的断面図である。 回転炉が熱膨張で伸長した場合の、実施の形態に係るシール構造による効果を説明する図である。 回転炉が傾斜した場合の、実施の形態に係るシール構造による効果を説明する図である。 比較例の問題点を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。各図における同等の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本発明は、回転型熱処理装置に関する。実施の形態に係る回転型熱処理装置は、回転炉の入口部及び／又は出口部に回転炉の気密性を確保するためのシール構造を備える。該シール構造は、回転炉の入口部及び／又は出口部に配置された固定部材と、その側方に回転炉の変化に伴って移動する移動体とを有している。固定部材の端部と移動体の一端とはベローズを介して連結されている。また、移動体の他端にはローラーが設けられ、回転炉の外周を囲むように設けられたレールにより転動可能に支持されている。回転炉の入口部及び／又は出口部近傍において、移動体と回転炉の外周面とに密接するオイルシールを設けることにより、回転炉が伸びたり、傾いたりしてもシール部材が損傷することなく、安定したシール性能を得ることが可能となる。

実施の形態について説明する前に、図８を参照して比較例の回転型熱処理装置のシール構造における問題点について説明する。回転炉１０内の被処理物の熱処理を行うとき、（１）で示すように回転炉１０を回転させながら、回転炉１０の下部に配置された赤外線ヒーター３で回転炉１０を加熱する。回転炉１０は円筒体であり、図８中一点鎖線で示されるその軸線を中心として回転する。回転炉１０の入口部及び出口部は、シール部材５を介して固定部材４と気密に摺接されている。固定部材４にはローラー６が設けられており、回転炉１０に設けられたレール７により転動可能に支持されている。

回転炉１０は加熱されると、両矢印（２）で示すように熱膨張し、その長さが伸びる。また、回転炉１０の加熱に偏りが生じると、回転炉１０が歪む。さらに、加熱により軸径が変化したり、ローラー６の摩耗に伴って軸心が変化したり、図８中破線（３）で示すように回転炉１０の回転軸が、一点鎖線で示す本来の回転軸から傾いてしまう場合もある。実施の形態では、このように回転炉１０の伸縮だけでなく、様々な変形が発生する場合でも、入口部、出口部のシール部材がその変形動作に追従し、シール性を損なうことなく、回転炉の気密性を保持する。

実施の形態に係る回転型熱処理装置は、例えば、中子砂を再利用するときの熱処理に用いられる。中子は、鋳型に溶湯を圧入し、硬化させて鋳造部品を製造する鋳造技術において、鋳造部品の内部に空間を設けるために利用される。例えば、エンジンのシリンダヘッド等の内部に空間を有する鋳造部品は、中子で空間を形成し、中子を除去することにより形成される。中子は、中子砂をバインダと混合して型に入れ、加熱することにより形成される。鋳造後に不要になった中子砂は粉砕・加熱され、中子砂の表面に付着した不純物やバインダを燃焼、溶融して除去し、再利用される。

図１は実施の形態にかかる回転型熱処理装置の一例である、中子砂の再利用処理装置１の構成を示す図である。図１に示す再利用処理装置１は、エンジンのシリンダヘッド用の中子砂を加熱して樹脂成分を燃焼させるものである。

再利用処理装置１は、投入装置２、赤外線ヒーター３、回転炉１０を備える。回転炉１０は円筒体状であり、赤外線ヒーター３上に回転可能に支持されている。回転炉１０は円筒体の軸線を回転軸として回転可能である。回転炉１０の両端にはそれぞれ入口部１１、出口部１２が設けられている。入口部１１には被処理物を回転炉１０内に投入するための投入装置２が連接されており、出口部１２には被処理物を排出する装置が連接されている。

投入装置２には、被処理物Ｗが供給される。本実施の形態では、被処理物Ｗは鋳造後に不要になった中子を粉砕した中子砂である。投入装置２は、定量切出し部２ａ、供給ノズル２ｂを有する。定量切出し部２ａは、被処理物Ｗを所定量ずつ回転炉１０内に連続して供給する。定量切出し部２ａにより切出された被処理物Ｗは、供給ノズル２ｂを介して入口部１１から回転炉１０の内部に投入される。

赤外線ヒーター３は、回転炉１０を外部から加熱して、回転炉１０内の被処理物Ｗを加熱処理する。熱処理を行う際、回転炉１０内は、例えば、６００度に昇温される。なお、ここでは図示していないが、回転炉１０の内部に加熱空気ノズル等を設け、乾燥加熱用空気を回転炉１０内の被処理物Ｗに向けて噴射してもよい。

図２は、図１の回転炉１０、入口部側シール構造２０ａ、出口部側シール構造２０ｂを抜き出した図である。図３は、入口部側シール構造２０ａを拡大した図である。図４は、出口部側シール構造２０ｂを拡大した図である。図２に示すように、回転炉１０は回転ドラム１３を有する。回転炉１０を赤外線ヒーター３により加熱しながら回転させることにより、回転ドラム１３内の被処理物Ｗが加熱処理される。

回転ドラム１３の内部には、内周を周回するように連続して螺旋羽根が設けられている。回転ドラム１３の内部は、螺旋羽根によって複数の区画に区切られている。被処理物Ｗは、回転ドラム１３が１回転する毎に１区画ずつ、入口部１１から出口部１２に向かって移送される。なお、回転ドラム１３の内部に、撹拌羽根や掻き板等の被処理物を撹拌する手段を設けてもよい。

図２では図示していないが、回転炉１０の入口部１１及び出口部１２には、入口部１１及び出口部１２をそれぞれ覆うように固定部材４が設けられている。固定部材４は、それぞれ基礎に固定されている。固定部材４は、回転炉１０からのガスの吹出しや回転炉１０内への大気の流入を防止するために設けられる。

固定部材４と入口部１１との間には入口部側シール構造２０ａが設けられており、出口部１２には、固定部材４と出口部１２との間には出口部側シール構造２０ｂが設けられている。入口部側シール構造２０ａ、出口部側シール構造２０ｂは、回転ドラム１３内を気密に保つ。入口部側シール構造２０ａ、出口部側シール構造２０ｂをまとめてシール構造２０と呼ぶ場合がある。

図３、４に示すように、入口部側シール構造２０ａ、出口部側シール構造２０ｂはいずれもフランジ１４、レール１５、移動体２１、ベローズ２２、ガイドローラー２３、オイルシール２４を有する。構造を明確に説明するため、図５にシール構造２０を模式的に示す。図５において、回転炉１０の回転軸を一点鎖線で示している。以下、図５を参照して、シール構造２０の構成について詳細に説明する。

図５に示すように、回転ドラム１３の端部には、回転ドラム１３から外側に向かうように鍔１６が設けられている。鍔１６には、円盤１４ａと円筒１４ｂを組み合わせた形状のフランジ１４が接合されている。回転ドラム１３とフランジ１４とは、例えば、鍔１６と円盤１４ａを貫通するボルトとこれに螺合するナットによって接合される。

円筒１４ｂの外周には、該円筒１４ｂを囲むようにレール１５が敷設されている。レール１５は、円筒１４ｂの円盤１４ａの近傍に設けられている。回転炉１０は、回転ドラム１３、フランジ１４、レール１５を含む。フランジ１４の開口部が、回転炉１０の入口部１１、出口部１２にあたる。

固定部材４の端部には、固定部材４から外側に向かうように鍔４ａが設けられている。固定部材４は、その端部の鍔４ａが円筒１４ｂ内に入り込むように配置されている。フランジ１４と固定部材４とは、所定の間隔を空けて配置される。フランジ１４と固定部材４とが重なり合う、回転炉１０の入口部１１及び出口部１２の側方には、移動体２１が設けられている。移動体２１は、回転炉１０の変化に伴って移動する部材である。

移動体２１は、大径円筒部２１ａ、段差部２１ｂ、小径円筒部２１ｃ、鍔２１ｄを有している。大径円筒部２１ａの内径は、小径円筒部２１ｃの内径よりも大きい。大径円筒部２１ａと小径円筒部２１ｃとは段差部２１ｂにより接続されている。また、小径円筒部２１ｃの段差部２１ｂと接続された端部とは反対側の端部には、小径円筒部２１ｃから内側に向かうように鍔２１ｄが設けられている。すなわち、移動体２１は、大径円筒部２１ａ、段差部２１ｂ、小径円筒部２１ｃ、鍔２１ｄがこの順に連続して形成されている、内径の異なる２段の円筒体である。

鍔２１ｄと鍔４ａとは対向するように配置されている。移動体２１の一端である鍔２１ｄと固定部材４の端部である鍔４ａとの間には、ベローズ２２が設けられている。ベローズ２２は、固定部材４の外周を取り囲むように配置される。鍔２１ｄと鍔４ａとは、ベローズ２２を介して連結されている。

移動体２１の他端である大径円筒部２１ａには、ガイドローラー２３が設けられている。ガイドローラー２３は、レール１５に転動可能に支持される。移動体２１の中間部分である、小径円筒部２１ｃが、回転炉１０の入口部１１、出口部１２の近傍に配置される。円筒１４ｂと小径円筒部２１ｃとは所定の間隔をもって配置される。

小径円筒部２１ｃと円筒１４ｂとの間には、オイルシール２４が設けられている。オイルシール２４は、回転炉１０を回転自在に支持する。オイルシール２４は、断面形状が略コの字型のケース２４ａを有している。ケース２４ａは、例えば、フッ素樹脂などの耐油性のある弾性材料で成形された円環体である。

図５に示す例では、ケース２４ａは、回転する回転炉１０の外周面に摺接する摺接部と、移動体２１に接合される接合部と、摺接部と嵌合部とを連結する側壁とを含む。ケース２４ａの内部には、潤滑オイルが封入されている。オイルシール２４は、移動体２１の一部である小径円筒部２１ｃの内周面と回転炉１０の一部である円筒１４ｂの外周面とに密接して、回転炉１０と固定部材４との間を密封する。このように、回転炉１０と固定部材４との間のシール部材としてオイルシール２４を用いることにより、回転炉１０の回転、摺動に対する耐摩耗性を向上させ、シール性能の低下を防止することができる。

ここで、図６、７を参照して実施の形態に係るシール構造２０の効果について説明する。図６は回転炉１０が熱膨張で伸長した状態について示しており、図７は回転炉１０が傾斜した状態について示している。

図６に矢印で示すように、回転炉１０が熱の影響により伸びた場合、移動体２１は回転せずに、回転炉１０の変形に伴って左右方向に移動する。回転炉１０の長さ変化は、回転炉１０の気密性を保持したまま、ベローズ２２によって吸収される。

また、図７に示すように、回転炉１０の回転軸が矢印で示す角度αだけ傾いた場合、移動体２１は回転せずに、回転炉１０の変形に伴って傾くように移動する。回転炉１０の回転軸の傾きの変化は、回転炉１０の気密性を保持したまま、ベローズ２２によって吸収される。このように、実施の形態によれば、回転炉１０が熱の影響で伸びたり、傾いたりしても、オイルシール２４が接触する部品の間隔を一定にし、偏摩耗を防ぐことができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。上述の説明では、実施の形態に係るシール構造が、回転炉１０の入口部１１、出口部１２のいずれにも配置される例を示したが、何れか一方にのみ配置され、他方は他のシール構造を採用してもよい。

１ 再利用処理装置
２ 投入装置
２ａ 定量切出し部
２ｂ 供給ノズル
３ 赤外線ヒーター
４ 固定部材
４ａ 鍔
１０ 回転炉
１１ 入口部
１２ 出口部
１３ 回転ドラム
１４ フランジ
１４ａ 円盤
１４ｂ 円筒
１５ レール
１６ 鍔
２０ シール構造
２０ａ 入口部側シール構造
２０ｂ 出口部側シール構造
２１ 移動体
２１ａ 大径円筒部
２１ｂ 段差部
２１ｃ 小径円筒部
２１ｄ 鍔
２２ ベローズ
２３ ガイドローラー
２４ オイルシール
２４ａ ケース
Ｗ 被処理物

Claims (1)

1. 回転炉と、
   前記回転炉の入口部及び／又は出口部に設けられた固定部材と、
   前記回転炉の前記入口部及び／又は前記出口部の側方に設けられ、前記回転炉の変化に伴って移動する移動体と、
   前記固定部材の端部と前記移動体の一端との間に設けられたベローズと、
   前記移動体の他端に設けられたローラーと、
   前記回転炉の外周を囲むように設けられ、前記ローラーを転動可能に支持するレールと、
   前記回転炉の前記入口部及び／又は前記出口部近傍において、前記移動体と前記回転炉の外周面とに密接するオイルシールと、
   を備える回転型熱処理装置。

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