JP4020645B2 - 外熱式ロータリキルン - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は外熱式ロータリキルンに関する。特に、加熱に伴ってガスを発生する被加熱物をシェルの外側面から加熱する外熱式ロータリキルンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリキルンは、回転する円筒形シェル内に供給した被加熱物を加熱などすることにより、その被加熱物に対し乾燥や焼成、乾留といった種々の熱処理を施す装置である。シェルは、水平よりやや傾斜した状態に設けられているため、被加熱物は、シェルの回転につれてその内部を順次軸線方向に移動する。シェル内に直接に火炎を吹込むなどして被加熱物を直接加熱する方式のものに加えて、最近では、シェルの外側から被加熱物を間接的に加熱する外熱式ロータリキルンが実用化されている。
【０００３】
このような外熱式ロータリキルンには、直接加熱式のものとは異なるいくつかの利点がある。すなわち、火炎や熱風が被加熱物に直接当ることによる温度ムラがほとんど生じないので、被加熱物に均一な熱処理を施すことができる。また、被加熱物の加熱処理雰囲気を、加熱手段や燃焼ガスの種類にかかわらず自由に決めることができる、といった点である。
【０００４】
例えば、石灰泥を乾燥して消石灰とする場合には、石灰泥は多量の付着水や結晶水を含有しているために、加熱に伴って水蒸気を発生し、シェル内には多量の水蒸気を含むガスが充満することとなる。従来の外熱式ロータリキルンでは、多くの場合、被加熱物の熱処理に伴って発生するガスは、被加熱物を供給するシェルの供給口部から供給部フードを通ってキルン外部へ排出される構造となっている。ところが、シェルの供給口付近の温度は低温であるために、供給口付近のシェルの内面に水蒸気が結露して水滴となって付着することが多い。粉末状の被加熱物を供給口から投入すると、被加熱物は、結露した水滴を吸収して粘着性の高い泥濘状となる。そのため、被加熱物の流動性が低下して供給口付近のシェルの内周面に付着、堆積して被加熱物の供給を妨げたり、堆積した被加熱物がシェルの壁面から剥離して塊状となって加熱部に流入することから、被加熱物に加熱ムラを生じて均質な製品を得られないといった問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこれらの問題を解決するべくなされたものであって、その目的は、被加熱物を加熱処理した際に発生する発生ガス中の水蒸気などを、結露させることなく排気して、供給した被加熱物がシェル壁面に付着堆積したり、堆積物が壁面から剥離して塊状となることなく、被加熱物に均一な加熱処理を施すことを可能とする外熱式ロータリキルンを提供することである。
【０００６】
【発明を解決するための手段】
本発明者らは、加熱された被加熱物から発生する発生ガス中の水蒸気などは、シェル内温度が１００℃以下の部分で結露しやすいことに着目した。そこで、シェル内の１００℃以下の部分に発生ガスが滞留しないように吸引排気してしまえば、温度の低い供給部付近のシェル内壁に結露が生じないことに思い至り、鋭意実験研究を繰返し本発明を完成させた。
【０００７】
すなわち、本発明になる外熱式ロータリキルンは、一端に被加熱物の供給口を、他端に被加熱物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルと、シェルの外側部を加熱する加熱室とからなる外熱式ロータリキルンにおいて、シェルの供給口と加熱室との間のシェルの周壁を貫通して、シェル内部の中央部に吸気口を有する排気手段を具備することを特徴とする。この排気手段は、シェルの円心方向に突出し、先端が吸気口となる排気筒であることが望ましい。また、この排気筒の先端にシェルの軸線にそって延びる延長部を有することが好ましく、排気筒の延長部の外周面には、吸気口を設けることができる。さらに、本発明の外熱式ロータリキルンには、シェル内の供給口から吸気口方向にキャリアガスを供給する機構を有することが望ましく、この時のキャリアガスには空気を使用することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図によって説明する。
【０００９】
本発明になる外熱式ロータリキルンの縦断面を図１に示す。この外熱式ロータリキルンは、被加熱物の供給部１と、加熱処理された被加熱物の排出部２とを有するステンレス鋼などからなるシェル３と、このシェルの外側面を加熱する加熱室４とから構成される。
【００１０】
シェル３は、加熱室４を長さ方向に貫くように配置されている。シェル３の両端付近には環状のタイヤ６、７が、シェル３の外周面に一体的に付設されており、シェル３は、これらの部分で受けころ８、９によって支持されている。
【００１１】
加熱室４は、鉄板製の外殻１０と耐火性の断熱材１１で形成されておりベース枠５の上に固定されている。また、加熱室４には、加熱用のバーナ１２と燃焼ガスの排気口１３とが設けられている。バーナ１２は熱効率を考慮して貫通するシェル３の下部に設置されている。加熱室４の内部で発生した燃焼ガスは、燃焼ガス排気口１３から送風機１４を介して図示しない煙突へ送られる。
【００１２】
シェル３の外周面と加熱室４とは僅かな間隙を設けて図示しないシール材でほぼ密閉され、バーナ１２による熱の放散を防止している。なお、加熱室４内の温度は図示しない自動制御装置によって設定温度となるように自動制御されている。
【００１３】
シェル３は、排出部２の受けころ９と排出口２６との間のシェル外周面にスプロケットホイール１５を設けて、このスプロケットホイール１５と、ベース枠５に支持された駆動モータ１６のスプロケット１７とをチェーン１８で連結して回転駆動される。なお、シェル３の軸線は、排出側が僅かに下がるように傾斜（勾配は１／１００〜３／１００）して設置されている。
【００１４】
シェルの供給部１は、供給部フード１９と被加熱物Ｍの供給ホッパー２０とで構成されていて、ベース枠５上に固定されている。供給部フード１９は、外気が直接シェル内へ浸入するのを防止したり、シェル内部から発生したガスの一部を吸引したりするもので、上部に供給部フード排気口２１が設けられている。供給部フード排気口２１は、送風機２２を介して図示しない煙突に通じている。被加熱物Ｍの供給ホッパー２０は、シュート部２３がシェル内部へ被加熱物Ｍを供給するように供給部フード１９を貫通させて設けられている。シュート部２３の先端は、シェル側面に開口させた供給口２４からシェル内部に突出しており、投入した被加熱物Ｍが供給部フード１９内へは落込まない構成となっている。シェル３と供給部フード１９とは僅かなクリアランスを設け、図示しないシール材でほぼ密閉されている。
【００１５】
排出部２は、シェル内への外気の浸入を防止するための排出部フード２５で構成されていて、シェル３と排出部フード２５とは、僅かなクリアランスを設けて図示しないシール材でほぼ密閉されている。排出部フード２５の下部には、シェルの排出口２６から排出された被加熱物Ｍを取出す図示しないシュートが設けられている。シュートの途中には図示しないロータリバルブを設けて外気の浸入を防止している。
【００１６】
以上の構成からなる外熱式ロータリキルンの稼働は、まず、駆動モータ１６によって回転するシェル３内に、供給ホッパー２０から一定量の被加熱物Ｍが供給される。被加熱物Ｍは、シェル３が排出部２に向って僅かに低く傾斜して設置されていることから、シェル３の回転に伴って次第に加熱部へと流れ、加熱室４でシェル３の外周面を加熱されることによって所定の温度まで加熱される。この時、被加熱物Ｍから水蒸気を含む大量の発生ガスが生じ、被加熱物Ｍに含まれる水分は完全に蒸発する。その後、加熱処理された被加熱物Ｍは、排出口２６へと流れ、排出部２から流入する僅かな浸入空気とシェル３の表面から逃げる放熱とによって冷却され、シェルの排出口２６から排出され、排出部フード２５の下にあるシュートから炉外に排出される。
【００１７】
加熱室４内にあるシェル３の内部で発生した水蒸気を含む発生ガスのほとんどは、排出部２から浸入した空気とともに供給部１へ流れ、供給部フード１９を経て供給部フード排気口２１を通じてキルン外へ排出される。また、被加熱物Ｍの含有する水分は、供給部１の付近でも蒸発する。これは、供給部１の付近でも発生ガスの流入やシェル３の伝導熱などによって、被加熱物Ｍがある程度予熱されるためである。
【００１８】
上記のような外熱式ロータリキルンの従来構成に加えて、本発明の特徴は、図１のロータリキルンにおいて、シェル３に破線で囲んだシェル内ガス排気手段３０を設けたことである。ここで示す排気手段は、本発明の実施例で示す一例である。すなわち、シェル内ガス排気手段３０は、シェル３の供給口２４付近の周壁を貫通し、シェル３の円心方向に突出した排気筒３１を有し、さらに、排気筒３１の先端にシェルの軸線に沿って延びる延長部３５を有する排気手段である。この延長部３５の外周には多数の吸気口３２が設けられており、シェル内で発生したガスを図中の矢印のように吸引する構成である。吸気口３２は、延長部３５の周面に設けてもよいし、また、延長部３５の先端に設けることもできる。排気筒３１の他端は、吸気口３２から吸引した発生ガスをシェル外に排出する排気口３３となっている。排気口３３を含むシェル外周部は、排気フード３４によってカバーされており、シェル３が回転しても常に排気口３３から発生ガスをシェル外部へ排出できる機構となっている。排気フード３４とシェル外周部とは僅かなクリアランスを設けて図示しないシール材でほぼ密閉されている。
【００１９】
排気手段３０の設置位置はシェル３の供給口２４付近であるので、加熱により発生した水蒸気を含む発生ガスの温度は、加熱部よりも低温となっている。しかし、延長部３４によって加熱室に近い発生ガスを吸引することができるので発生ガス中に含まれる水蒸気などは、未だ結露するまでには至っていない。この状態で水蒸気を含む発生ガスをシェル外部へ排出してしまうことで、シェルの内壁に結露を発生させないようにすることができる。したがって、このような排気手段３０を設置することによって、被加熱物の安定した供給状態を保つことができるとともに、加熱ムラのない均質な加熱処理製品を得ることができる。
【００２０】
図１に例示した排気手段に加えて、形態の異なるいくつかの排気手段について説明する。
【００２１】
図２の排気手段３０は、シェルの円心方向に排気筒３１を有し、その先端が吸気口３２である本発明の基本的な構成の排気手段である。すなわち、排気筒３１のみからなるために、発生ガスの吸気口３２は排気口３３の直下となる。排気手段を設ける位置はキルンの構造によってかなり制約されることがあるため、発生ガスを吸引する位置としては必ずしも最適な場所といえない場合もある。また、被加熱物の処理量の変化などによってシェル内の温度分布が変化し、排気口３３の直下が必ずしも吸引の最適位置でなくなる場合も発生する。そこで、できるだけ最適位置で発生ガスを吸引する排気手段の一例として、前記の図１のように延長部３５を設けることは有効な手段である。
【００２２】
図３および図４は、複数の排気口を有しそれぞれの延長部の長さを異なる長さとした排気手段の例である。図３はシェルを含む排気手段の横断面を、また図４はその縦断面を示す。すなわち、先端に延長部Ａ’を有する排気筒Ａと、先端に延長部Ｂ’を有する排気筒Ｂとをシェルの周面から対向して両延長部が接するように配設したものである。ここでは延長部Ａ’は、延長部Ｂ’よりも長く形成されているために、延長部Ｂ’に比べてより高温のガスを吸引することができる。従って、炉内温度の変化によって、排気筒Ａを使用するか排気筒Ｂを使用するかを選択してシェル外部から調整することができる。勿論、排気筒Ａと排気筒Ｂとを同時に使用して吸引してもよい。
【００２３】
次に、延長部を共有し排気口を複数とした排気手段の例を図５に示した。すなわち、シェルの直径に沿って排気筒Ｃを設け、その両端を排気口Ｄ，Ｅとなし、排気筒Ｃの長さ方向中央部に延長部Ｆを形成して、さらに延長部Ｆの周面に多数の吸気口Ｇを開口した排気手段である。この排気手段は、シェルの周面に大きな開口部を設けることができない場合には好適な方法である。また、排気口は、Ｄ，Ｅの２箇所に限ることなく、例えば、排気筒Ｃと直角に交わるもう一本の排気筒を設置して、この排気筒の両端部に排気口を設けることもできる。この場合にはシェル周面の排気口は４個となる。このように多数の排気口から発生ガスを吸引排気することにより、限られたシェルの周面でも多量の発生ガスを排気することができる。
【００２４】
その他、外熱式ロータリキルンの構造や被加熱物の状態、加熱の目的、ガス発生量などによって様々な形態の排気手段を構成することが可能である。本発明の要点は、発生ガス中の水蒸気などが、シェルの内壁などに結露しないうちに発生ガスを吸引してシェル外へ排出することにある。この目的を達成でる形態であれば排出筒の形状、あるいは排出口の数や大きさなどに限定はなく、適宜構成することができる。
【００２５】
図１では発生ガスの一部は、矢印ａのように供給部フード排気口２１からも排出される。これは供給部フード排気口２１と排気手段の排気フード３４とを送風機２２で吸引しているためである。供給部１からの外気の浸入を防止するために供給部フード排気口２１からも吸引しているわけであるが、供給口２４および供給ホッパー２０などの気密を高めることによって外気の浸入を防止できれば、供給部フード排気口２１の吸引をやめ、排気フード３４からの吸引のみとすることもできる。
【００２６】
さらに、シェルの供給口２４、もしくはその近傍の適当な位置から任意のキャリアガスを供給する機構を設けることができる。供給部側から矢印ｂに沿って発生ガスを吸気口へ誘導するようにキャリアガスを供給することによって、シェルの供給部付近における低温の発生ガスの滞留を防止できる。キャリアガスとしては、通常の空気を使用すればよく、特に制約はない。また、例えば、排気フード３４から排出される加熱空気の一部を循環して、供給口側から供給することもできる。このようにすると、シェルの供給部付近を加熱することができるとともに、発生ガスの流れを吸気口方向に誘導することもでき、シェル内の供給部付近での結露を防止する上でさらに一層効果的である。
【００２７】
【実施例】
（実験例１）
水分を７０％含む被加熱物を６７０ｋｇ／時間の供給速度で、図１の外熱式ロータリキルンに供給した。キルンの主要部の寸法は、シェル内径：０．９ｍ、シェル長さ：１１ｍ（加熱炉内長さ：８ｍ）であり、被加熱物のシェル内通過時間は３０分であった。
【００２８】
供給部フード排気口２１からは外気の浸入を防止するためにわずかな量を吸引し、残る大半のシェル内発生ガスを図１の排気手段３０の延長部３５に開口した吸気口３２から吸引した。
【００２９】
シェル内ガス排気口３３から排気されるガスの温度は、１４０〜１５０℃であった。この状態で１２時間稼働したところ、シェル３の内周面への被加熱物の付着は見られず、また、シェル３から排出される被加熱物Ｍに塊状のものは含まれていなかった。したがって、均質に加熱処理された製品を得ることができた。
（実験例２）
実験例１と同様の外熱式ロータリキルンを用いて、発生ガス排気手段３０を使用しないで、シェル内で発生したガスを供給部フード排気口２１からのみの排気とした。
【００３０】
この状態でロータリキルンを稼働したところ、稼働開始７０分後からシェル内周面に堆積した被加熱物の一部が落下して塊状のままシェルから排出された。塊状の被加熱物の中心部は、充分加熱されていないために、所望の加熱処理製品を得ることができなかった。さらに、稼働後約２時間で、供給部１のシェル内周面に多量の被加熱物が堆積して、被加熱物の投入が困難となりキルンを停止した。
【００３１】
【発明の効果】
外熱式ロータリキルンのシェルに、本発明になる排気手段を設けることにより、
被加熱物を加熱処理した際に発生する発生ガス中の水蒸気を、シェル内の供給口付近で結露させることなく排気することができる。したがって、供給した被加熱物がシェル壁面に付着堆積したり、堆積した壁面から剥離して塊状となることなく、安定した稼働の維持と均質な加熱処理製品を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の外熱式ロータリキルンの縦断面図である。
【図２】本発明になる排気手段の一例を示す縦断面図である。
【図３】排気口を複数にして、異なった長さの延長部を設けた排気手段を示す横断面図である。
【図４】排気口を複数にして、異なった長さの延長部を設けた排気手段を示す縦断面図である。
【図５】排気口を２箇所とし、延長部を共有した排気手段を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１：供給部 ２：排出部 ３：シェル ４：加熱室 １６：駆動モータ ２４：供給口 ２６：排出口 ３０：排気手段 ３１：排気筒 ３２：吸気口 ３３：排気口 ３４：排気フード ３５：延長部 Ｍ：被加熱物

Claims (6)

1. 一端に被加熱物の供給口を、他端に被加熱物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルと、
   前記シェルの外側部を加熱する加熱室と、からなる外熱式ロータリキルンにおいて、
   前記シェルの前記供給口と前記加熱室との間の該シェルの周壁を貫通し、該シェルの内部の中央部に吸気口を有する排気手段を具備することを特徴とする外熱式ロータリキルン。
2. 前記排気手段は、前記シェルの円心方向に突出し先端が前記吸気口となる排気筒である請求項１に記載の外熱式ロータリキルン。
3. 前記排気筒は、該排気筒の先端に前記シェルの前記軸線にそって延びる延長部を有する請求項２に記載の外熱式ロータリキルン。
4. 前記吸気口は、前記延長部の外周面に設けられた吸気口で形成されている請求項３に記載の外熱式ロータリキルン。
5. 前記シェル内の前記供給口から前記吸気口方向にキャリアガスを供給する機構を有する請求項１ないし請求項４に記載の外熱式ロータリキルン。
6. 前記キャリアガスは、空気である請求項５に記載の外熱式ロータリキルン。

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