JP2019196848A - 炉心管外熱式粉体材料焼成装置および炉心管外熱式粉体材料焼成装置を用いた粉体材料製造方法 - Google Patents
炉心管外熱式粉体材料焼成装置および炉心管外熱式粉体材料焼成装置を用いた粉体材料製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】粉体状被加熱物と炉心管の内壁面との間の付着を好適に解消できる炉心管外熱式の粉体材料焼成装置および焼成方法を提供する。【解決手段】炉心管３４の外管５２に連結され、炉心管３４の外管５２を超音波で励振する超音波励振装置８０と、炉心管３４の回転軸線Ｃまわりに炉心管３４を所定角度範囲内で連続的に往復回転させる炉心管駆動装置４０とを、含むことから、たとえばノッカーから炉心管に衝撃を加える場合に比較して、内管５４の内壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した、流動性の高い均質な粉体状被加熱物が得られる。また、炉心管３４が所定角度範囲内で連続的に往復回転させられるので、炉心管３４が一方向に連続回転させられる場合に比較して、超音波駆動電源８６から炉心管３４に装着された超音波発振器８２に駆動電力を供給することが容易となる。【選択図】図１
Description
本発明は、円筒状或いは部分円筒状の炉心管を備えた炉心管外熱式の粉体材料焼成装置および粉体材料製造方法に関し、特に、被加熱物の炉心管に対する付着を抑制して能率的な熱処理を可能とする技術に関する。
水平方向に対して僅かに傾斜させられた円筒状の炉心管を備え、その炉心管をその回転軸線まわりに連続回転させつつ外側から加熱することで、その炉心管内に投入された被加熱物の熱処理及び移送を行う炉心管外熱式のロータリーキルンが知られている。斯かる炉心管外熱式のロータリーキルンは、粒状（粉体状）や塊状の被加熱物を連続して均一に焼成できるという特長がある。
本願出願人は、先に、上記炉心管外熱式のロータリーキルンの一形態として、上記炉心管を外管及びその内側に挿入された内管の二重構造とし、その内管をセラミック材料から構成する焼成装置を提案した。特許文献１に記載されたロータリーキルンがそれである。これによれば、炉心管の内管をセラミック材料で構成することに伴う耐スポーリング性を向上させ、被加熱物と炉心管との反応を抑制して好適な熱処理を可能とするとともに、その内管は、回転軸線方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部が形成された円筒状の部分管が、その雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により軸心方向に複数連結されて構成されているので、内管を一体に構成された円筒状セラミック材料により構成する場合に比較して、内管を含む炉心管を大きく構成でき、処理能力が高く、実用的な粉体材料の焼成装置を提供することができる。
ところで、上記従来の焼成装置では、たとえばリチウム電池の電極（負極）材料のように、被加熱物が炉心管の内管の内壁面に付着し易い物性を有する粉体状被加熱物である場合には、炉心管の外側面に打撃を与えるたとえば電磁石式のノッカーが用いられる。しかし、電磁石式のノッカーによる打撃は、内管の壁面から粉体状被加熱物をある程度は脱落させることができるが、不十分であり、粉体状被加熱物を相互を分離することについては未解決であり、炉心管の構造に拘わらず、熱処理後の被加熱物には粉体相互が固着した団粒が混在して均一な粉体状熱処理後の被加熱物が得られない場合があった。
また、二重構造の炉心管の内管が、円筒状の部分管がその雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により回転軸線方向に複数連結されている構造である場合には、相互に螺合された雄ねじ部及び雌ねじ部の根元の肉厚が小さい部分に応力が集中し易く、前記ノッカーによる雄ねじ部及び雌ねじ部の根元の応力割れの発生に影響する可能性もあった。
本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、粉体状被加熱物と炉心管の内壁面との間の付着を好適に解消できる炉心管外熱式の粉体材料焼成装置および粉体材料製造方法を提供することにある。
本発明者は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、炉心管の外管に超音波振動を加えつつ熱処理を行なうと、内管の壁面から被加熱物を脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物を相互に分離することができ、熱処理後の被加熱物には均一な粒子からなる粉体状熱処理後の被加熱物が得られるという、事実を見いだした。本発明はこのような知見に基づいて為されたものである。
第１発明の要旨とするところは、水平方向に対して傾斜させられた炉心管を備え、その炉心管を外側から加熱することで、その炉心管に投入された粉体状被加熱物の熱処理及び移送を連続的に行う炉心管外熱式粉体材料焼成装置であって、前記炉心管の外管に連結され、前記炉心管の外管を超音波で励振する超音波励振装置と、前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で往復回転させる炉心管駆動装置とを、含むことにある。
第２発明の要旨とするところは、前記炉心管は、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め入れられた円筒状のセラミック製内管とを有することにある。
第３発明の要旨とするところは、前記内管は、前記回転軸線方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成され、他方の端部内周に雌ねじ部が形成された円筒状の部分管が、その雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により前記回転軸線方向に複数連結されて、円筒状に形成されたものである。
第４発明の要旨とするところは、前記炉心管は、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め着けられた半円筒状のセラミック製内管とを有することにある。
第５発明の要旨とするところは、前記炉心管は、半円筒状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された半円筒状のセラミック製内管とを有することにある。
第６発明の要旨とするところは、前記半円筒状のセラミック製内管は、前記半円筒状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されていることにある。
第７発明の要旨とするところは、前記炉心管は、左右の一対の側壁と前記一対の側壁の下端を連結する平坦な底壁とを有する断面Ｕ字状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された断面Ｕ字状のセラミック製内管とを有することにある。
第８発明の要旨とするところは、前記断面Ｕ字状のセラミック製内管は、前記断面Ｕ字状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されていることにある。
第９発明の要旨とするところは、前記超音波励振装置は、超音波を発生する超音波発振器と、前記炉心管の外管に一端が溶接され、他端が前記超音波発振器に連結されて前記超音波発振器から出力された超音波を前記外管へ導く超音波伝動線材とを含むことにある。
第１０発明の要旨とするところは、第１発明から第９発明のいずれか１の炉心管外熱式粉体材料焼成装置を用いた粉体材料製造方法であって、前記超音波励振装置によって前記炉心管の外管を超音波で励振する超音波励振工程と、前記超音波励振装置によって前記炉心管の外管が超音波で励振されている状態で、前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で往復回転させる炉心管往復回転工程とを、含むことにある。
第１発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記炉心管の外管に連結され、前記炉心管の外管を超音波で励振する超音波励振装置と、前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で連続的に往復回転させる炉心管駆動装置とを、含むことから、ノッカーから炉心管に衝撃を加える場合に比較して、内管の内壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した均質な粉体状被加熱物が得られる。また、炉心管が所定角度範囲内で連続的に往復回転させられるので、炉心管が一方向に連続回転させられる場合に比較して、超音波駆動電源から炉心管に装着された超音波発振器に駆動電力を供給することが容易となる。
第２発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、炉心管が、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め入れられた円筒状のセラミック製内管とを有するので、耐スポーリング性に優れ、被加熱物と炉心管との反応が抑制される。
第３発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記内管は、前記回転軸線方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成され、他方の端部内周に雌ねじ部が形成された円筒状の部分管が、その雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により前記回転軸線方向に複数連結されて、長円筒状に構成されたものである。このため、粉体状の被加熱物の漏れが抑制されて十分な気密性及び耐スポーリング性が得られるとともに、大型の内管が作製可能となるので、被加熱物と炉心管との反応を抑制して高能率な熱処理を可能とする大型の外熱式ロータリーキルンを提供することができる。また、相互に螺合された雄ねじ部及び雌ねじ部の根元の肉厚が小さい部分に応力が集中し易い部分に対して、前記ノッカーによる衝撃的な振動が及ぶことがなくなり、それら雄ねじ部及び雌ねじ部の根元の応力割れの発生の可能性が解消される。
第４発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記炉心管は、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め着けられた半円筒状のセラミック製内管とを有する。このように、外筒が円筒状の金属管から構成されるので、内管が半円筒状であっても所定の雰囲気たとえば非酸化性雰囲気で粉体を焼成できる。また、内管は、前記外管内に嵌め着けられた半円筒状のセラミック製内管から構成されるので、炉心管が軽量となるとともに内管が安価に得られる。
第５発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記炉心管は、半円筒状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された半円筒状のセラミック製内管とを有することにある。このようにすれば、炉心管は、半円筒状の金属製外管と半円筒状のセラミック製内管とから構成されているので、炉心管が軽量且つ安価となる。
第６発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記半円筒状のセラミック製内管は、前記半円筒状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されていることにある。このようにすれば、半円筒状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されているので、内管が一層安価となる。
第７発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記炉心管は、左右の一対の側壁と前記一対の側壁の下端を連結する平坦な底壁とを有する断面Ｕ字状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された断面Ｕ字状のセラミック製内管とを有することにある。このようにすれば、内管が、左右の一対の側壁と前記一対の側壁の下端を連結する平坦な底壁とを有する断面Ｕ字状に構成されていることから、炉心管が回転軸線まわりに所定角度範囲内で連続的に往復回転させられると、粉状被加熱物が底壁を滑って一方の側壁に衝突することが繰り返されるので、粉状被加熱物同士が一層好適に分離され、一層均質なものとなる。
第８発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記断面Ｕ字状のセラミック製内管は、前記断面Ｕ字状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されていることにある。このようにすれば、断面Ｕ字状のセラミック製内管は、前記断面Ｕ字状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されているので、一層安価となる。
第９発明の炉心管外熱式粉体材料焼成装置によれば、前記超音波励振装置は、超音波を発生する超音波発振器と、前記炉心管の外管に一端が溶接され、他端が前記超音波発振器に連結されて前記超音波発振器から出力された超音波を前記外管へ導く超音波伝動線材とを含む。これにより、外管には、超音波発振器から超音波伝動線材を介して炉心管の外管に超音波が伝達されるので、ノッカーから衝撃を加える場合に比較して、内管の壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した均質な粉体状被加熱物が得られる。
第１０発明の要旨とするところは、第１発明から第９発明のいずれか１の炉心管外熱式粉体材料焼成装置を用いた粉体材料製造方法であって、前記超音波励振装置によって前記炉心管の外管が超音波で励振されている状態で、前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で往復回転させる。これにより、ノッカーから炉心管に衝撃を加える場合に比較して、内管の壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した均質な粉体状被加熱物が得られる。
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例である炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０の構成を説明する側面図である。また、図２はそのII−II視断面図、図３はそのIII−III断面図である。図１に示すように、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０は、床面等に設置されたフレーム１２、そのフレーム１２上に設けられ、水平に対する傾斜角度が調整可能な台板１４、その台板１４上に設けられた原料供給装置１６、熱処理装置１８、及び製品排出装置２０を備えて構成されている。この炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０は、後述するように水平方向に対して例えば１°程度の所定角度θｆｃ（詳しくは後述の図４を参照）で傾斜させられる円筒状の炉心管３４を備え、その炉心管３４を回転軸線Ｃまわりに回転させつつ熱処理装置１８により外側から加熱することで、その炉心管３４内に投入された被加熱物の熱処理及び移送を行う加熱炉（回転円筒釜）であり、例えばリチウム電池の負電極材料、薄型ディスプレイパネル用蛍光体、ジルコンチタン酸鉛系の圧電体材料、及びチタン酸バリウム系の誘電体材料等の粉体材料の焼成に好適に用いられる。
図１は、本発明の一実施例である炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０の構成を説明する側面図である。また、図２はそのII−II視断面図、図３はそのIII−III断面図である。図１に示すように、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０は、床面等に設置されたフレーム１２、そのフレーム１２上に設けられ、水平に対する傾斜角度が調整可能な台板１４、その台板１４上に設けられた原料供給装置１６、熱処理装置１８、及び製品排出装置２０を備えて構成されている。この炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０は、後述するように水平方向に対して例えば１°程度の所定角度θｆｃ（詳しくは後述の図４を参照）で傾斜させられる円筒状の炉心管３４を備え、その炉心管３４を回転軸線Ｃまわりに回転させつつ熱処理装置１８により外側から加熱することで、その炉心管３４内に投入された被加熱物の熱処理及び移送を行う加熱炉（回転円筒釜）であり、例えばリチウム電池の負電極材料、薄型ディスプレイパネル用蛍光体、ジルコンチタン酸鉛系の圧電体材料、及びチタン酸バリウム系の誘電体材料等の粉体材料の焼成に好適に用いられる。
台板１４は、例えば鋼板等により長手板状に構成されたものであり、その長手方向（炉心管３４の回転軸線Ｃ方向）に係る被加熱物の移送方向行先（出口）側に設けられた支点部２２において、フレーム１２に対してその支点部２２まわりの回動可能に支持されている。また、台板１４は、その長手方向に係る被加熱物の移送方向手前（入口）側に設けられたねじ機構或いは油圧シリンダ等による昇降部２４において、フレーム１２に対する上下方向（鉛直方向）の移動可能（昇降可能）すなわちそのフレーム１２との距離が調節可能に支持されている。この昇降部２４により台板１４がフレーム１２に対して昇降させられ、その昇降部２４におけるフレーム１２と台板１４との距離が調節されることで、その台板１４が支点部２２まわりに回動させられ、台板１４の水平方向に対する傾斜角度延いては後述する図４に示す炉心管３４の水平方向に対する傾斜角度θｆｃが調節（変更）できるようになっている。
原料供給装置１６は、台板１４の長手方向に係る被加熱物の移送方向手前（入口）側に設けられたものであり、原料すなわち被加熱物を受け入れる供給ホッパ２６と、その供給ホッパ２６に供給された被加熱物を熱処理装置１８へ送り込む投入フィーダ２８とを、備えている。この投入フィーダ２８は、モータ３０と、そのモータ３０により回転軸線Ｃまわりに回転駆動されるスクリュー装置３２とを、備えており、そのスクリュー装置３２におけるモータ３０とは反対側の端部が熱処理装置１８における炉心管３４内に突き入れられている。そして、スクリュー装置３２がモータ３０により回転軸線Ｃまわりに回転させられることにより、供給ホッパ２６に供給された粉体状の被加熱物が熱処理装置１８に向けて順次連続的に移送され、その熱処理装置１８に備えられた炉心管３４内に投入されるようになっている。
熱処理装置１８は、両端部に設けられたローラ装置３６ａ、３６ｂ（以下、特に区別しない場合には単にローラ装置３６という）によりフレーム１２に対して回線軸線Ｃまわりの回転（自転）可能に支持された円筒状の炉心管３４と、その炉心管３４の外側に設けられた加熱室３８と、炉心管３４をその回線軸線Ｃまわりに回転駆動するための炉心管駆動装置４０とを、備えている。
加熱室３８は、例えば図１及び図３に示すように、炉心管３４の外側に、その炉心管３４における両端部を除く大方の部分を囲繞するように設けられた長手直方体状の筐体内に赤外線ヒータ等の加熱ヒータ３９を備えたものであり、炉心管３４は、その加熱室３８に対して回転軸線Ｃまわりの相対回転（自転）可能とされている。また、炉心管駆動装置４０は、例えば図１及び図２に示すように、モータ４２と、そのモータ４２の出力軸に取り付けられたスプロケット４４と、炉心管３４の外周側に同軸且つ相対回転不能に設けられたスプロケット４６と、スプロケット４４及び４６の間に巻回されたチェーン４８とを、備えて構成されている。そのように構成された炉心管駆動装置４０では、モータ４２の駆動によりそれらスプロケット４４、４６及びチェーン４８を介して炉心管３４がその回線軸線Ｃまわりに回転（自転）させられるようになっている。
製品排出装置２０は、台板１４の長手方向に係る被加熱物の移送方向行先（出口）側に設けられたものであり、炉心管３４における被加熱物の移送方向行先側の端部が突き入れられる開口が設けられると共に、その底部が漏斗状に構成されている。熱処理装置１８において熱処理が施された被加熱物は、炉心管３４の回転に伴う移送によって開口から製品排出装置２０内に排出され、更にその底部に設けられた漏斗状の構成を介して下方に設置された製品受けタンク５０内に排出されるようになっている。
図４は、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０に備えられた炉心管３４の構成を詳しく説明するために、その回転軸線Ｃを含む平面で切断して示す視断面図である。この図４に示すように、炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０に備えられた炉心管３４は、円筒状の外管５２と、その外管５２の内側に挿入されて固定された円筒状の内管５４とを、備えて構成されている。すなわち、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０に備えられた炉心管３４は、外管５２及びその内側に挿入された内管５４の二重構造とされたものである。また、図４に示すように、内管５４は、炉心管３４の回転軸線Ｃ方向の一方の端部外周に雄ねじ部５８が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部６０が形成された複数（例えば１４個、図４では６個のみを図示）の短円筒状の部分管５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、・・・、５６ｎ（以下、特に区別しない場合には単に部分管５６という）が、その内周側端面５７が相互に当接するまでその雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合により回転軸線Ｃ方向に連結されて構成されている。
外管５２は、例えばニッケル基合金、コバルト基合金、クロム基合金等の耐熱合金やたとえばＳＧＰと称される配管用炭素鋼鋼管などの８５０〜９５０℃の焼成温度に耐え得る耐熱合金から成り、例えば内径寸法５００ｍｍφ程度、肉厚２０ｍｍ程度、長さ寸法５ｍ程度の円筒状（管状）に構成されたものである。また、内管５４は、例えばアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を８４〜９３重量％程度、シリカ（ＳｉＯ２）を０．０６〜８．５重量％程度、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を０〜１５重量％程度含むセラミック材料から成り、例えば外径寸法５００ｍｍφ程度、肉厚２０ｍｍ程度、長さ寸法５ｍ程度の円筒状（管状）に構成されたものである。
本実施例の炉心管３４には、図５に示す超音波励振装置８０が設けられている。超音波励振装置８０は、たとえば２５ｋＨｚから７３０ｋＨｚの範囲内に設定された所定周波数の超音波をたとえば５Ｗから１５０Ｗの出力で発生する超音波発振器８２と、炉心管３４の外管５２に一端が溶接され、他端が超音波発振器８２に連結されて超音波発振器８２から出力された超音波を外管５２へ導く超音波伝動線材８４とから、構成されている。超音波発振器８２は、たとえば、一対の本体８２ａおよび８２ｂと、それら一対の本体８２ａおよび８２ｂ間に介在させられた圧電素子８２ｃおよび電極８２ｄの積層体とから構成される。超音波発振器８２には、図１に示されるように、超音波発振器８２に駆動電力を供給する超音波駆動電源８６が可撓性の電線８８を介して接続されている。
以上のように構成された炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０では、昇降部２４においてフレーム１２と台板１４との上下方向の距離が調節されることで、その台板１４が例えば後述する図４に二点鎖線で示す水平方向に対して所定の傾斜角度θｆｃ（例えば１°程度）傾斜させられた状態で、たとえばリチウム電池の電極（負極）材料のように、炉心管３４の内管５４の内壁面に付着し易い物性を有する粉体状被加熱物の熱処理が行われる。先ず、原料供給装置１６の供給ホッパ２６に供給された原料である被加熱物が、投入フィーダ２８により熱処理装置１８の炉心管３４内に送り込まれ（投入工程）、その熱処理装置１８において炉心管３４が炉心管駆動装置４０によりその回転軸線Ｃまわりにたとえば６０度から１６０度程度の範囲内で予め定められた所定角度θｒｇで往復回転駆動させられることによって（炉心管往復回転工程）、その炉心管３４内に投入された粉体状被加熱物の熱処理及び移送が行われ（搬送工程）、その粉体状被加熱物が炉心管３４内を搬送させられる過程で、加熱室３８により外側から加熱されることで被加熱物の熱処理が行なわれ（加熱工程）、上記炉心管３４内に投入された被加熱物が炉心管３４内で熱処理及び移送が行われる過程で、超音波励振装置８０によって炉心管３４の外管５２が超音波で励振される（超音波励振工程）。そして、熱処理装置１８において熱処理の施された製品である被加熱物が炉心管３４から製品排出装置２０内に排出され、更に製品受けタンク５０へ排出される。
以上のようにして、粉体状被加熱物の焼成等の熱処理が行われ、たとえばリチウム電池の負電極材料等の粉体材料が製造される。図６は、炉心管３４が炉心管駆動装置４０によりその回転軸線Ｃまわりに、たとえば６０度から１６０度程度の範囲内で予め定められた所定角度θｒｇ、たとえば９０度（−４５度から＋４５度）の角度で往復回転駆動させられる作動の一例を示すタイムチャートである。
上述のように、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０によれば、炉心管３４の外管５２に連結され、炉心管３４の外管５２を超音波で励振する超音波励振装置８０と、炉心管３４の回転軸線Ｃまわりに炉心管３４を所定角度θｒｇ範囲内で連続的に往復回転させる炉心管駆動装置４０とを、含むことから、たとえばノッカーから炉心管に衝撃を加える場合に比較して、内管５４の内壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した、角のとれた粒子からなる流動性の高い均質な粉体状被加熱物が得られる。また、炉心管３４が所定角度θｒｇ範囲内で連続的に往復回転させられるので、炉心管３４が一方向に連続回転させられる場合に比較して、超音波駆動電源８６から炉心管３４に装着された超音波発振器８２に駆動電力を供給することが容易となる。
また、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０によれば、炉心管３４が、円筒状の金属製外管５２と、外管５２内に嵌め入れられた円筒状のセラミック製内管５４とを有するので、耐スポーリング性に優れ、被加熱物と炉心管３４との反応が抑制される。
また、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０によれば、内管５４は、回転軸線Ｃ方向の一方の端部外周に雄ねじ部５８が形成されると共に他方の端部内周に雌ねじ部６０が形成された円筒状の部分管５６ａが、その雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の螺合により回転軸線方向Ｃ方向に複数連結されて、長円筒状に構成されたものである。このため、粉体状の被加熱物の漏れが抑制されて十分な気密性及び耐スポーリング性が得られるとともに、大型の内管を作製可能となるので、被加熱物と炉心管３４との反応を抑制して高能率な熱処理を可能とする大型の外熱式ロータリーキルンすなわち炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０を提供することができる。また、相互に螺合された雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の根元の肉厚が小さい部分に応力が集中し易い部分に対して、前記ノッカーによる衝撃的な振動が及ぶことがなくなり、それら雄ねじ部５８及び雌ねじ部６０の根元の応力割れの発生の可能性が解消される。
また、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０によれば、超音波励振装置８０は、超音波を発生する超音波発振器８２と、炉心管３４の外管５２に一端が溶接され、他端が超音波発振器８２に連結されて超音波発振器８２から出力された超音波を外管５２へ導く超音波伝動線材８４とを含む。これにより、外管５２には、超音波発振器８２から超音波伝動線材８４を介して炉心管３４の外管５２に超音波が伝達されるので、ノッカーからに衝撃を加える場合に比較して、内管５４の内壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した均質な粉体状被加熱物が得られる。
また、本実施例の炉心管外熱式粉体材料焼成装置１０を用いた粉体状被加熱物の熱処理方法によれば、超音波励振装置８０によって炉心管３４の外管５２が超音波で励振されている状態で、炉心管３４の回転軸線Ｃまわりに炉心管３４を所定角度θｒｇ範囲内で往復回転させる。これにより、ノッカーから炉心管に衝撃を加える場合に比較して、内管５４の内壁面から粉体状被加熱物を十分に脱落させることができるだけでなく、粉体状被加熱物が好適に相互に分離した均質な粉体状被加熱物が得られる。
本発明者は、種々の粉体について、炉心管に対する超音波による励振基づく搬送効果の試験を以下の焼成装置を用いて行なった。図７は、その搬送試験の結果を示している。図７の評価において、○印は炉心管内への粉の付着が略零であることを示す。△印は炉心管内に対して粉の軽い付着を示す。×印は炉心管内への粉の付着が著しいことを示す。
（搬送試験に用いた焼成装置）
炉体寸法 ：長さ６００ｍｍ×幅２８０ｍｍ×高さ３００ｍｍ
炉体を貫通する炉心管 ：長さ１１０５ｍｍ×内径１０２ｍｍφ
炉心管の傾斜角度 ：１度
炉心管の材質 ：ステンレススチール
炉心管の駆動方法 ：スイング運転（往復回転駆動）
超音波振動機 ：３２．８ｋＨｚ−３Ｗ
電磁振動機 ：１．３〜１．５×１０ｍ／ｓ２（株式会社アカシ製
の３次元振動計ＡＶＴ−３００ＤＺによる測定）
水分測定装置 ：株式会社エ−・アンド・アイ ＭＸ−５０型
（搬送試験に用いた焼成装置）
炉体寸法 ：長さ６００ｍｍ×幅２８０ｍｍ×高さ３００ｍｍ
炉体を貫通する炉心管 ：長さ１１０５ｍｍ×内径１０２ｍｍφ
炉心管の傾斜角度 ：１度
炉心管の材質 ：ステンレススチール
炉心管の駆動方法 ：スイング運転（往復回転駆動）
超音波振動機 ：３２．８ｋＨｚ−３Ｗ
電磁振動機 ：１．３〜１．５×１０ｍ／ｓ２（株式会社アカシ製
の３次元振動計ＡＶＴ−３００ＤＺによる測定）
水分測定装置 ：株式会社エ−・アンド・アイ ＭＸ−５０型
図７に示すように、予め内面を水で濡らした炉心管に対して１２％を超える水分を含ませた小麦粉では、超音波振動機を用いた場合および振動なしの場合はいずれも×印の評価であった。しかし、それを除いて、珪砂、小麦粉、片栗粉、リチウム電池負電極材料では、いずれも超音波振動機を用いた場合には○印であって、電磁振動機による加振或いは振動なしの場合よりも高い搬送性がえられた。特に、リチウム電池負電極材料では、超音波振動機を用いた場合の搬送ロスは０．７８％であったのに対して、電磁振動機を用いた場合の搬送ロスは１６．３８％、振動なしの場合の搬送ロスは８３．３８％であった。
（実施例２）
図８は、炉心管３４に適用される他の実施例の内管９０を示す斜視図である。内管９０は、前述の内管５４と同じ材質から構成され、回転軸線Ｃにおいて内管５４部と同じ長さと、回転軸線Ｃまわりに約１８０度の円弧状である断面とを有する部分円筒状を成している。本実施例の内管９０によれば、長手方向において継ぎ目がないので、継ぎ目からの粉体状被加熱物の漏れが解消される。また、この内管９０は、円筒状に構成される場合に比較して製造が容易となり、安価となる。また、外筒５２が円筒状の金属管から構成されているので、内管９０が半円筒状であっても所定の雰囲気たとえば非酸化性雰囲気で粉体状被加熱物を焼成できる。
図８は、炉心管３４に適用される他の実施例の内管９０を示す斜視図である。内管９０は、前述の内管５４と同じ材質から構成され、回転軸線Ｃにおいて内管５４部と同じ長さと、回転軸線Ｃまわりに約１８０度の円弧状である断面とを有する部分円筒状を成している。本実施例の内管９０によれば、長手方向において継ぎ目がないので、継ぎ目からの粉体状被加熱物の漏れが解消される。また、この内管９０は、円筒状に構成される場合に比較して製造が容易となり、安価となる。また、外筒５２が円筒状の金属管から構成されているので、内管９０が半円筒状であっても所定の雰囲気たとえば非酸化性雰囲気で粉体状被加熱物を焼成できる。
（実施例３）
図９は、本発明の他の実施例の炉心管９２の構成例を示す斜視図である。本実施例の炉心管９２の外管９４は、前述の外管５２と同じ材質から構成され、回転軸線Ｃにおいて前述の炉心管３４と同じ長さと、回転軸線Ｃまわりに約１８０度の円弧状である断面とを有する部分円筒状を成している。本実施例の炉心管９２の内管９６は、外管９４の内壁面に貼り着けられた複数のタイル９８から部分円筒状に構成されている。このタイル９８は、前述の内管５４と同じセラミック製である。本実施例の炉心管９４によれば、外管９４および内管９６が部分円筒状であるので軽量となる。また、内管９６が、複数のタイル９８から構成されているので、円筒状或いは分円筒状に構成される場合に比較して製造が容易となり、一層安価となる。
図９は、本発明の他の実施例の炉心管９２の構成例を示す斜視図である。本実施例の炉心管９２の外管９４は、前述の外管５２と同じ材質から構成され、回転軸線Ｃにおいて前述の炉心管３４と同じ長さと、回転軸線Ｃまわりに約１８０度の円弧状である断面とを有する部分円筒状を成している。本実施例の炉心管９２の内管９６は、外管９４の内壁面に貼り着けられた複数のタイル９８から部分円筒状に構成されている。このタイル９８は、前述の内管５４と同じセラミック製である。本実施例の炉心管９４によれば、外管９４および内管９６が部分円筒状であるので軽量となる。また、内管９６が、複数のタイル９８から構成されているので、円筒状或いは分円筒状に構成される場合に比較して製造が容易となり、一層安価となる。
（実施例４）
図１０は、本発明の他の実施例の炉心管１００の構成例を示す斜視図である。本実施例の炉心管１００は、左右の一対の側壁１０２と一対の側壁１０２の下端を連結する平坦な底壁１０４とを有する断面Ｕ字状に構成されている。炉心管１００は、金属製の外管１０６と、外管１０６の内側に固着された断面Ｕ字状のセラミック製の内管１０８とを有することにある。外管１０２は、前述の外管５２と同じ材質および長さで構成されている。また、内管１０８は、外管１０６の内壁面に貼り着けられた複数のタイル１１０から断面Ｕ字状に構成されている。本実施例の炉心管１００によれば、炉心管１００は、左右の一対の側壁１０２と、一対の側壁１０２の下端を連結する平坦な底壁１０４とを有する断面Ｕ字状に構成されているので、炉心管１００が回転軸線Ｃまわりに所定角度θｒｇ範囲内で連続的に往復回転させられると、粉状被加熱物が底壁１０４を幅方向に滑って一方の側壁１０２或いは他方の側壁１０２に衝突することが繰り返されるので、粉状被加熱物同士が一層好適に分離され、一層均質なものとなる。
図１０は、本発明の他の実施例の炉心管１００の構成例を示す斜視図である。本実施例の炉心管１００は、左右の一対の側壁１０２と一対の側壁１０２の下端を連結する平坦な底壁１０４とを有する断面Ｕ字状に構成されている。炉心管１００は、金属製の外管１０６と、外管１０６の内側に固着された断面Ｕ字状のセラミック製の内管１０８とを有することにある。外管１０２は、前述の外管５２と同じ材質および長さで構成されている。また、内管１０８は、外管１０６の内壁面に貼り着けられた複数のタイル１１０から断面Ｕ字状に構成されている。本実施例の炉心管１００によれば、炉心管１００は、左右の一対の側壁１０２と、一対の側壁１０２の下端を連結する平坦な底壁１０４とを有する断面Ｕ字状に構成されているので、炉心管１００が回転軸線Ｃまわりに所定角度θｒｇ範囲内で連続的に往復回転させられると、粉状被加熱物が底壁１０４を幅方向に滑って一方の側壁１０２或いは他方の側壁１０２に衝突することが繰り返されるので、粉状被加熱物同士が一層好適に分離され、一層均質なものとなる。
以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。
例えば、前述の実施例において、前記加熱室３８は、赤外線ヒータ等の加熱装置により前記被加熱物に対する熱処理を行うものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばアーク炉、抵抗炉、或いは誘導炉等の電気炉であってもよい。すなわち、被加熱物に対する熱処理に十分な加熱を行い得る加熱装置であればその態様は問わない。
また、前述の実施例では、例えばリチウム電池材料等、専ら粉体材料の熱処理に用いられる外熱式ロータリーキルン１０について説明したが、被加熱物の粒子の大きさは特に限定されるものではなく、比較的粗い粒体（塊状の材料）に対する熱処理に本発明の外熱式ロータリーキルンが用いられるものであってもよい。
また、前述の実施例の炉心管３４、９４、１００の内管５４、９０、９８、１０８はセラミック製であったが、粉体状被加熱物の材質によっては、たとえばグラファイトなどの他の材質から構成されていてもよい。
その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。
１０：炉心管外熱式粉体材料焼成装置
３４、９４、１００：炉心管
４０：炉心管駆動装置
５２、９６、１０６：外管
５４、９０、９８、１０８：内管
５６：部分管
５８：雄ねじ部
６０：雌ねじ部
８０：超音波励振装置
８２：超音波発振器
８４：超音波伝動線材
８６：超音波駆動電源
８８：電線
１０２：側壁
１０４：底壁
３４、９４、１００：炉心管
４０：炉心管駆動装置
５２、９６、１０６：外管
５４、９０、９８、１０８：内管
５６：部分管
５８：雄ねじ部
６０：雌ねじ部
８０：超音波励振装置
８２：超音波発振器
８４：超音波伝動線材
８６：超音波駆動電源
８８：電線
１０２：側壁
１０４：底壁
Claims (10)
- 水平方向に対して所定の角度傾斜させられた炉心管を備え、前記炉心管を外側から加熱することで、前記炉心管に投入された粉体状被加熱物の熱処理及び移送を連続的に行う炉心管外熱式粉体材料焼成装置であって、
前記炉心管の外管に連結され、前記炉心管の外管を超音波で励振する超音波励振装置と、
前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で往復回転させる炉心管駆動装置とを、含む
ことを特徴とする炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記炉心管は、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め入れられた円筒状のセラミック製内管とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記内管は、前記回転軸線方向の一方の端部外周に雄ねじ部が形成され、他方の端部内周に雌ねじ部が形成された短円筒状の部分管が、前記雄ねじ部及び雌ねじ部の螺合により前記回転軸線方向に複数連結されて、円筒状に形成されたものである
ことを特徴とする請求項２に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記炉心管は、円筒状の金属製外管と、前記外管内に嵌め着けられた半円筒状のセラミック製内管とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記炉心管は、半円筒状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された半円筒状のセラミック製内管とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記半円筒状のセラミック製内管は、前記半円筒状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記炉心管は、左右の一対の側壁と前記一対の側壁の下端を連結する平坦な底壁とを有する断面Ｕ字状の金属製外管と、前記外管の内側に固着された断面Ｕ字状のセラミック製内管とを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記断面Ｕ字状のセラミック製内管は、前記断面Ｕ字状の金属製外管の内側に貼り着けられた複数のセラミック製タイルから構成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 前記超音波励振装置は、超音波を発生する超音波発振器と、前記炉心管の外管に一端が溶接され、他端が前記超音波発振器に連結されて前記超音波発振器から出力された超音波を前記外管へ導く超音波伝動線材とを含む
ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置。 - 請求項１から請求項９のいずれか１に記載の炉心管外熱式粉体材料焼成装置を用いた粉体材料製造方法であって、
前記超音波励振装置によって前記炉心管の外管を超音波で励振する超音波励振工程と、
前記超音波励振装置によって前記炉心管の外管が超音波で励振されている状態で、前記炉心管の回転軸線まわりに前記炉心管を所定角度範囲内で往復回転させる炉心管往復回転工程とを、含む
ことを特徴とする粉体材料製造方法。
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| CN114623665A (zh) * | 2022-02-28 | 2022-06-14 | 南京利卡维智能科技有限公司 | 一种热风回转炉内减少内管粘料量的振动系统 |
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