JP2968514B2 - 中実フライトを備えた炉用のコンベヤスクリュ - Google Patents

中実フライトを備えた炉用のコンベヤスクリュ

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    • F27D3/08—Screw feeders; Screw dischargers
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    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
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  • Glass Compositions (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に炉の設計に
関し、より詳しくは、回転炉床を有する炉における使用
のために構成された、流体冷却される中実フライトを有
した排出スクリュに関する。
【０００２】
【従来の技術】出願人は、送気管ほこり、スラッジ、タ
ーニング等の鉄鋼プラントの廃棄物から貴重なニッケ
ル、クロム、鉄を回収しリサイクルするために、回転炉
床炉(RHF)を用いている。別個の過程において、それは
直接、回転炉床炉内の酸化鉄を還元する。
【０００３】出願人における運転に際しては、金属的な
プラント廃棄物は最初に石炭とともにペレット化され、
次いで回転炉床炉内において部分的に還元される。（石
炭から）伴出された炭素は、回転炉床炉内において酸素
と化学反応し一酸化炭素を生じさせるが、このことが反
対にニッケルおよび鉄を還元する。結果として生じる部
分的に焼結したペレットは、続いて電気アーク精錬炉で
処理され、ここでクロムが還元される。最終的に１８−
８ステンレス鋼の、粗い中間鋳塊が生産される。この鋳
塊はステンレス鋼産業にリサイクルされ、補助的な供給
原料として炉内に再び導入される。
【０００４】簡潔に言うと、回転炉床炉は、一般に隙間
を開けて配置された円形の外壁によって境界付けられた
円形の内壁を有する連続加熱炉である。それらの間に形
成された円形の空間は、環状の回転炉床を有している。
炉内で生成された熱を維持し反射させるために、屋根を
炉床に接近させることができるように壁は比較的低い。
バーナーは、内壁および外壁または屋根に取り付けるこ
とができる。
【０００５】材料は、通常、コンベヤ若しくはシュート
を用いて落下させることにより回転炉床上に供給され
る。材料は、炉床上に運ばれた後、通常、排出若しくは
コンベヤスクリュによって取り出される。華氏１３００
度〜２３００度（摂氏７０４度〜１２６０度）の高温の
ため、スクリュは水で冷却される。米国特許第３，４４
３，９３１号を参照されたい。ガスは、屋根に設置した
送気管により排気される。
【０００６】搬送若しくは排出スクリュは、典型的に、
連続した螺旋形のフライトがその上に溶接された中心シ
ャフトを有している。冷却流体はスクリュを貫流する。
米国特許第４，６３６，１２７号は、出願人の現在の設
計であるところの水冷中空フライトを有した排出スクリ
ュを開示している。
【０００７】排出スクリュは、還元されたペレットを炉
床から耐火性シュートおよびコンテナに搬送する。排出
スクリュは、ドーナツ状の炉床を半径方向に横切って延
在するとともに、回転のためにモータに接続される。
【０００８】スクリュはトラニオン（trunnion）上に装
着され、炉床に対する高さ調整ができるようになってい
る。スクリュを炉から取り外すためには、スクリュは最
初にその繋留設備およびカプリングから切り離され、次
いで屋根を通して上方に取り外されるが、それは困難な
作業である。
【０００９】回転炉床炉の内部に存在するガスおよび材
料の腐食性の性質および高温のために、排出スクリュは
しばしば故障する。スクリュの円筒部と中空フライト
は、ついには劣化する。高温によって生じる腐食および
浸食と、回転炉床炉内部の堅い粒子および悪性要因（ナ
トリウム、硫化物、塩化物、弗化物）とにより、スクリ
ュは激しく損傷し、およそ５ヵ月後には役立たなくな
る。
【００１０】それに加えて、フライト同士の間の隙間に
は、ふんわりとした微粉が凝集し蓄積される。これらの
微粉は、炉の内部に存在する腐食性のガスを集めて濃縮
する役割をはたすスポンジとして作用する。
【００１１】排出スクリュのバレルは、元来、突き合わ
せ溶接された炭素鋼管から製作されている。この鋼管の
耐用期間は、炉内環境における汚染物質（特に塩素）の
レベルが増加するにつれて低下する。冷却水が漏れるま
で円筒部の表面が腐食すると、排出スクリュ全体の交換
が必要となる。普通の炭素鋼から製造された円筒部の耐
用期間は、４〜１０ヵ月である。
【００１２】類似した表面腐食は、炉内の雰囲気内部で
同じく動作する普通の炭素鋼から製造された排出スクリ
ュトラニオンの表面上にも観測された。その結果、排出
スクリュが取り外されるたびに、これらのトラニオン
は、その壁厚を元の直径に戻すため広範囲にわたって再
メタライジング（remetallize）される。
【００１３】現在では、フライトはＨＨ合金（２０％ニ
ッケル、２０％クロム）から鋳造されるとともに、その
両側面にはインコネル合金７２（５５％ニッケル、４５
％クロム）が溶接により肉盛りされている。（インコネ
ルは、インコ企業ファミリーの商標である。）この肉盛
りの目的は、フライトの厚みに沿って「砂時計」状に腐
食するフライト表面の腐食を抑制することにある。フラ
イトは、インコネル合金８２製の充填金属を使用してバ
レルに溶接される。溶接領域には何らの問題も認められ
ないので、インコネル合金８２は、溶接のための合金と
して継続して選択される。この設計は、平均６ヶ月半の
平均耐用期間に帰着した。肉盛りしたにもかかわらず、
フライトの先端は、フライトをバレル表面に溶接したと
ころからほぼ１〜２インチ（２．５４ｃｍ〜５．０８ｃ
ｍ）上方で壊れる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】容易に認められるよう
に、頻繁なスクリュ交換は、頻繁な設備の休止と高い維
持および労働コストとを必然的に伴うばかりでなく、能
率の上がらない炉の使用は翻って高い単位原価につなが
る。明らかに、より耐久性を有したスクリュの設計が必
要である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明により、回転炉床炉の厳しさに耐えるように
構成された排出スクリュが提供される。スクリュは、中
央部のバレルと、その上に固定される複数の中実の螺旋
形フライトを有する。冷却液は前記バレルの内側を蛇行
して流れる。フライトは、ひとつ置きに二重フライトと
なるように配置される。一重のフライトは、耐食性材料
からなる合せ金が施される。二重のフライトおよび一重
のフライト上の合せ金（cladding）は、排出スクリュの
円筒の一部分において延在する。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１には、回転炉床炉（ＲＨＦ）
１０が大幅に単純化されて示されている。回転炉床炉１
０は、断熱された外側環状壁１２と断熱された内側環状
壁１４とを備えている。炉床１６は、回転炉床炉１０の
内部で矢印１８によって示される方向に回転する。複数
のバーナー２０が、回転炉床炉１０の周りに配置されて
いる。オプションのカーテン２２を設けて、回転炉床炉
１０を別個の区画に分割するように構成することができ
る。原料は、回転炉床炉１０の屋根（図示せず）に装着
されたフィーダー２４によって、炉床１６上に導入され
る。
【００１７】原料の処理が完了すると、すなわち炉床１
６がほぼ完全に１回転すると、処理された原料は排出ス
クリュ２６によって排出され、引き続く処理のために貯
蔵箱（図示せず）内に置かれる。排出スクリュ２６は、
モーターおよび機械的リンク機構２８によって駆動され
る。スクリュ２６には継手３０を介して水が供給される
が、この水は系統（lineage）２８を介して放出され
る。
【００１８】図２乃至図５は、スクリュ２６をより詳細
に描写している。
【００１９】米国特許第４，６３６，１２７号とは対照
的に、フライト３２は中実に構成され、堅固な構造とな
っている。さらに、選択されたフライト３２は、腐食と
浸食を減少させるために２枚重ねにされて貼り合わせさ
れている。
【００２０】最初に図５を参照すると、スクリュ２６
は、基端側の配管３６および末端側の配管３８に固定さ
れた外側バレル３４を有している。各配管は、隔壁４
４，４６の近くに配置された複数の貫通穴４０，４２を
有している。各隔壁は、半径方向に配置された複数の開
口４８，５０を有している。
【００２１】基端側の配管３６および末端側の配管３８
は、それぞれ接続管５２，５４に固定されている。接続
管５２，５４は、排出スクリュ２６を回転炉床炉１０に
接続するとともに、矢印で示されるような冷却水の導入
および排出を行う。
【００２２】内側バレル５６は、外側バレル３４と共に
第１の環状流路５８を画成している。
【００２３】中心導管６０は、内側バレル５６内に配置
されるとともに、複数の内側スペーサ６２により隙間を
開けて保持されている。中心導管６０は、接続管５４に
整合するとともに末端側の配管３８の内部に延在してい
る。中心導管６０の基端側の端部６８と隔壁４４との間
には隙間が設けられ、冷却水を反転させる空所６４を形
成している。
【００２４】第２の環状流路６６が、内側バレル５６と
中心導管６０との間に形成されている。
【００２５】米国特許第４，６３６，１２７号に開示さ
れている中空のフライトとは対照的に、本発明のフライ
ト３２は中実である。運転上の経験により、中空のフラ
イトは過剰な腐食および浸食を受けやすいと判断され
た。中実のフライト３２は、回転炉床炉１０内の環境に
よる影響を受けにくい。さらに、水が外側バレル３４を
突破する可能性が低いので、中実のフライト３２を採用
することによりスクリュ２６はより堅固な構造となる。
【００２６】図２乃至図４は、フライト３２を詳細に示
している。特に、スクリュ２６が厳しい摩耗条件にさら
される部分には、スクリュ２６は（他の仕様のフライト
と）交互に並ぶように配置された２倍の厚さの中実フラ
イト３２を有する。
【００２７】外側バレル３４の末端側の端部７０に向か
って交互に並ぶように配置された中実フライト３２は、
二重となっている。各二重フライト７２は、隣接する２
つの一重のフライト３２を互いに溶接することにより形
成されている。合せ金リボン（cladding ribbon）７６
は、一重フライト７８の両側面に沿って延在している。
図３を参照されたい。
【００２８】二重フライト７２は、外側バレル３４の基
端８０に向かって部分的に（本例では外側バレル３４の
長さの２５％にわたり）延在するが、基端８０側では一
重のフライトに戻る。これと同様に、摩耗パターンも同
程度には厳しくなくなる傾向を有するので、一重のフラ
イト７８における被覆リボン７６は、外側バレル３４の
基端８０に向かって延在しつつ、その途中で終端させる
ことができる。
【００２９】以前の設計に対して、外側バレル３４は、
好ましくは突き合わせ溶接された３２１オーステナイト
ステンレス鋼合金管から製造される。管のおよその寸法
は、外径１７インチ（４３．２ｃｍ）、壁厚０．５イン
チ（１．２７ｃｍ）、全長１６フィート（４．８８ｍ）
と１．５インチ（４．９ｃｍ）である。３２１ステンレ
スはオーステナイト系の、１７％のクロムと９％のニッ
ケル、および炭素を安定させるチタンを含有するステン
レス鋼である。このグレードは、溶接によって組み立て
られて焼き戻すことができない部品の、ある種の腐食環
境における使用のために提案される。この３２１ステン
レスを、華氏８００度〜１６００度（摂氏４２５度〜９
００度）の範囲のある種の腐食環境にさらされる部材に
適用することも提案されている。
【００３０】３２１ステンレスから製造された外側バレ
ル３４は、損耗したフライト３２を取り除いて外側バレ
ル３４の表面上に新しいフライト３２を溶接するという
単純な手段により、複数回の再利用が可能である。
【００３１】以前に述べたように、フライト３２上のＨ
Ｈクロムニッケル合金は腐食した。この結果、スーパー
サーム合金（supertherm alloy）（登録商標）（３１
％ニッケル、２６％クロム、１５％コバルト、５％タン
グステン）がＨＨ合金のために代用された。この高温合
金（華氏２３００度（摂氏１２６０度）は加炭酸化(car
burization oxidation)および腐食に対する抵抗力を備
えている。
【００３２】スーパーサーム合金製のフライトから製作
されたプロトタイプの排出スクリュは、１２ヵ月の運転
に耐えた。この耐用期間は、ＨＨ合金製のフライトを用
いた従来の排出スクリュより、一般に２〜４ヵ月長い。
【００３３】スーパーサーム合金製のフライトには、短
所も見い出された。排出スクリュの末端７０より約２０
インチ（５０．８ｃｍ）内側でかつ約２フィート（０．
６１ｍ）の幅の領域において、チッピングと、スーパー
サーム合金製フライトの先端部分の破損が認められた。
この状態は、従来の排出スクリュに置き換える原因とな
る寄与因子ではなかった。
【００３４】この問題の原因は、スーパーサーム合金が
ＨＨ合金と同じレベルの高温靭性を示さないという事実
に関連があると理論化された。したがって、この合金
は、その低い靭性のために煉瓦若しくはドロスのような
固い物質の大きな塊と接触するときに、先端破損をより
受け易い。この問題を最小にする努力によって、この問
題となる領域において、ＨＨ合金製のフライトとスーパ
ーサーム合金製のフライトとを交互に用いることに決定
された。このことは、良好な高温腐食耐性を呈するフラ
イトの列に対して交互に配置された、良好な高温靭性を
呈するフライトの列を提供する。この変更に加え、さら
にもう一つの変更がなされた。さらにスーパーサーム製
のフライトを強化するために、フライトの厚さを増す検
討がなされた。この変更に関する１つの懸念は、より厚
いフライトの増加した質量が、フライトのより高い動作
温度に結びつくことにあった。より高い動作温度は、よ
り劣等な性能に結びつき易い。フライトの厚さの変更に
伴うコスト上昇（木型代金、型の修正、他）およびリス
クを招くことなしに、この変更を実際に行うために、高
い摩耗領域内の１列のフライトを、互いに溶接された２
つのフライトから構成することに決定された。
【００３５】上述の変更を施したプロトタイプの排出ス
クリュは、約１年にわたって運転された。この耐用期間
は、この６年の間に使用されたどの排出スクリュの耐用
期間よりも（２ヵ月だけ）長いことを象徴するととも
に、かつどのスクリュのこれまでの耐用期間のよりも最
も長いとみられる。この排出スクリュの試験において
は、高摩耗領域においても約２インチ（５．０８ｃｍ）
の高さのフライトが残り、重要な問題は生じなかった。
この排出スクリュは、少くともあと２〜４ヵ月の間満足
に機能することが期待された。
【００３６】この排出スクリュがさらされる炉の現存す
る条件もまた、この排出スクリュの耐用期間の延長を助
けるものと信じられた。試験運転の最後の数ヵ月の間、
この排出スクリュは、通常の還元雰囲気より酸化し易い
雰囲気内において作動した。この雰囲気は、損耗したシ
ールおよび炉壁の穴を介した空気の浸入の結果であっ
た。高温の還元雰囲気においては、表面を保護する酸化
クロムが還元反応によって除去されるので、耐熱合金は
より腐食をうけやすい。還元雰囲気においては、これら
の合金は、その他の機械的な特性の劣化と同等の脆化を
被らせる、組織内部における炭化物の形成に結びつく炭
化攻撃（carburization attack）の影響をより受け易
い。
【００３７】従来のＨＨフライトスクリュおよびプロト
タイプの一重のスーパーサーム合金製スクリュの運転の
結果、金属で被覆した一重のＨＨ合金製の一重のフライ
ト７８とスーパーサーム合金製の二重のフライト７２と
を交互に配置することによって、排出スクリュ２６が回
転炉床炉１０の厳しい環境に耐えると判定された。
【００３８】さらに、スクリュ２６が生じさせたペレッ
ト流れパターンにより、外側バレル３４の末端７０は基
端８０よりも厳しい摩耗を受けた。ペレットは、炉床１
６の外側領域に運搬されるので、そこに溜まる傾向を有
し、スクリュ２０を浸食させるより多くの機会を生じさ
せる。一重のＨＨ合金フライト７８上の被覆リボン７６
は、外側バレル３４の長さのおよそ２５％にわたって延
在させることが好ましかった。本発明の排出スクリュ２
６に対する非限定的な実施例として、これは約３．５〜
４フィート（１．１〜１．２ｍ）に達する。
【００３９】冷却のために二重のフライト７２を中空に
することは費用がかかるので、すべてのフライト３２は
中実とされ、かつ冷却水がそれらの付け根の下側の第１
の環状流路５８内を流れるようにされた。十分な流量お
よび水圧を供給することにより、排出スクリュ２６は損
傷を防止するために冷却される。
【００４０】効率のために、図５における矢印によって
示されるＳ字曲線状の水流が、冷却を維持するために適
切である。水は接続チューブ５２を介して導入され、か
つ貫通穴４０を通って第１の環状流路５８内に流れる。
流れる冷却水は、フライト３２とは間接的に接触するが
外側バレル３４と直接接触し、 ついには貫通穴４２に
達して、そこで隔壁４４の方に向かって逆流させられ
る。反転空所６４に達すると、冷却水は再び１８０度そ
のコースを反転されられ、中心導管６０および接続チュ
ーブ５４を介して流れ出る。
【００４１】本排出スクリュ２６の設計は、取り外すま
での仕事サイクルを約６ヵ月から約１２ヵ月までの２倍
にすることが期待される。さらに、劣化したフライト３
２は、現存する外側バレル３４上に部分的に被覆したフ
ライト（一重若しくは二重にかかわらない）を溶接する
ことにより、これを除去して同じバレル３４上の新しい
フライトに取り替えることができる。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
耐久性の高い排出スクリュを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】回転炉床炉の平面図である。
【図２】本発明に係る排出スクリュの一実施形態を示す
側面図である。
【図３】図２に示した３‐３破断線に沿った断面図であ
る。
【図４】図２に示した４‐４破断線に沿った断面図であ
る。
【図５】図２に示した排出スクリュの軸方向に沿った断
面図である。
【符号の説明】
３４ 外側バレル ３６ 基端側の配管 ３８ 末端側の配管 ４０ 第１の開口 ４２ 第２の開口 ４４ 隔壁 ５６ 内側バレル ５８ 第１の環状流路 ６０ 中心導管 ６４ 流体反転空所 ６６ 第２の内側環状流路 ７０ 末端 ７２ 二重フライト ７６ 合せ金 ７８ 一重フライト ８０ 基端
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービッド、エム．ホフマン アメリカ合衆国ペンシルベニア州、ハー モニー、レッド、ブラッシュ、トレイ ル、105 (56)参考文献 特開 昭63−91484（ＪＰ，Ａ) 特公 昭64−5233（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F27D 3/08 B65G 33/00 - 33/38 F27B 9/00 - 9/40

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】炉内における使用に適合された流体冷却さ
    れる排出用スクリュであって、 基端および末端と、 前記基端および末端の間に配置された外側バレルと、 前記外側バレルの外面に間隔を開けて固定された、連続
    的な中実の複数の一重フライトと、 前記外側バレルの外面に間隔を開けて固定されるととも
    に、前記基端に向かって前記外側バレルの外面の少なく
    とも一部に延在する、連続的な中実の複数の二重フライ
    トと、 前記外側バレルの内部に配置されるとともに、冷却流体
    が排出スクリュから排出される前に排出スクリュの長手
    方向に関する冷却流体の流れ方向を排出スクリュの内部
    において少なくとも２回変化させる、流体の経路を定め
    る手段と、 前記外側バレルに隣接して配置されるとともに、その内
    部を流れる流体が前記中実フライトを間接的に冷却す
    る、排出スクリュの長手方向に延在する第１の環状流路
    と、 前記一重フライトの両側面に設けられ、前記一重フライ
    トの両側面の少なくとも一部に沿って延在する合せ金
    と、を備えることを特徴とする排出スクリュ。
  2. 【請求項２】前記一重フライト上の合せ金が、前記排出
    スクリュの末端を起点として前記排出スクリュの基端に
    向かって、少くとも前記一重フライトの一部に延在する
    ことを特徴とする、請求項１に記載の排出スクリュ。
  3. 【請求項３】前記一重フライトと前記二重フライトと
    が、２つの異なる合金から製作されることを特徴とす
    る、請求項１に記載の排出スクリュ。
  4. 【請求項４】前記一重フライトと前記二重フライトと
    が、交互に配置されることを特徴とする、請求項１に記
    載の排出スクリュ。
  5. 【請求項５】一重フライトのみが排出スクリュの基端側
    に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の
    排出スクリュ。
  6. 【請求項６】二重の中実フライトが、前記外側バレルの
    長さの２５％にわたって排出スクリュの末端から延在す
    ることを特徴とする、請求項１に記載の排出スクリュ。
  7. 【請求項７】一重フライト上の合せ金が、外側バレルの
    長さの２５％にわたって、排出スクリュの末端から延在
    することを特徴とする、請求項２に記載の排出スクリ
    ュ。
  8. 【請求項８】冷却流体を導入しかつ放出する手段を備え
    ることを特徴とする、請求項１に記載の排出スクリュ。
  9. 【請求項９】前記第一の環状流路が、実質的に外側バレ
    ルの全長にわたって延在することを特徴とする、請求項
    １に記載の排出スクリュ。
  10. 【請求項１０】前記外側バレルに固定された基端側の配
    管および末端側の配管と、 前記外側バレルの内側に隙間を開けて配置されて、前記
    外側バレルとの間に長手方向に延びる前記第１の内側環
    状流路を形成する内側バレルと、 を更に備え、 前記基端側の配管は、前記第１の内側環状流路と連通す
    る第１の開口を有し、 前記基端側の配管は、前記外側バレルの内部に隙間を開
    けて配置されるとともに前記内側バレルに接続された隔
    壁に固定され、 前記末端側の配管は、複数の前記第１の内側環状流路と
    連通する複数の第２の開口を有し、 前記末端側の配管は、前記内側バレルの第１の端部に固
    定されて中心導管を取り囲み、 前記中心導管および前記内側バレルは、排出スクリュの
    長手方向に延びる第２の内側環状流路を画成し、 前記内側バレルの第２の端部は前記隔壁とともに冷却流
    体反転空所を形成し、 これにより、前記冷却流体が、中実の前記一重フライト
    および二重フライトと間接的な熱交換を行うように前記
    第１の内側環状流路内を流れ、前記第２の開口を通って
    前記第２の内側環状流路内に流れるときに向きを変え、
    次いで前記冷却流体反転空所において再び向きを変えて
    前記中心導管に入り排出スクリュから出る、ように流れ
    る冷却流体通路が形成されることを特徴とする、請求項
    ９に記載の排出スクリュ。
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