JP5735607B2 - Powder production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、粉体製造装置に関する。 The present invention relates to a powder manufacturing apparatus.
原料粉体の高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理を行う加熱方法としては、一定容量の容器に粉体を充填して電気炉やキルンで加熱する静置型加熱方法、高温の燃焼排ガス中に原料粉体を直接投射し、高温の処理空間で原料粉体を加熱する浮遊型加熱方法が知られている。 As a heating method for performing high-temperature firing, ballooning or spheroidizing treatment of raw material powder, a stationary heating method in which a powder of a certain volume is filled and heated in an electric furnace or kiln, in a high-temperature combustion exhaust gas There is known a floating heating method in which raw material powder is directly projected onto the raw material powder and heated in a high-temperature processing space.
静置型加熱方法を採用した装置の一例として、粉体が充填された匣鉢と呼ばれるセラミック製の容器をローラ上に戴置し、該ローラで匣鉢を搬送しながら所定の温度に加熱するローラハースキルンが公知である(例えば、特許文献1参照。)。 As an example of an apparatus employing a stationary heating method, a ceramic container called a mortar filled with powder is placed on a roller, and a roller that heats the mortar with the roller to a predetermined temperature Herskin is known (for example, see Patent Document 1).
また、浮遊型加熱方法を採用した装置の一例として、内部に処理空間を形成する縦型炉と、燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとから構成された粉体製造装置が公知である(例えば、特許文献2参照。)。 In addition, as an example of an apparatus that employs a floating heating method, a vertical furnace that forms a processing space inside, and a burner at one end of the combustion chamber, the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber is transferred to the upper part of the vertical furnace Through a combustion apparatus to be introduced into the main body through, and a raw material jet nozzle arranged vertically downward at the top of the furnace located at the upper upper end of the vertical furnace and jetting the raw material into the vertical furnace Manufacturing apparatuses are known (for example, refer to Patent Document 2).
この粉体製造装置の縦型炉の上部には、燃焼室の他端が縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されており、縦型炉内に導入された燃焼排ガスの流れ方向を90度変化させて当該燃焼排ガスを本体内の下流側に導く。 In the upper part of the vertical furnace of this powder production apparatus, the other end of the combustion chamber is connected in a direction orthogonal to the longitudinal axis of the vertical furnace, and the combustion introduced into the vertical furnace The flow direction of the exhaust gas is changed by 90 degrees to guide the combustion exhaust gas to the downstream side in the main body.
特許文献1は、熱容量の大きいセラミック製の匣鉢内の原料粉体を加熱するため、匣鉢内の原料粉体が均一加熱温度になるまで約30分〜数時間の加熱時間を要する。また、セラミック製の匣鉢は、急激な加熱・冷却を行うと、表面と内部との熱膨張差による応力割れ(熱的スポーリング)が発生する。このため、緩やかに加熱・冷却する必要があり、結果的に処理時間が長くなる。いずれにせよ、特許文献1では、ランニングコストが高くなるという問題がある。それに加えて、炉内の耐火材等の不純物が匣鉢内に混入する懸念もある。 In Patent Document 1, since the raw material powder in the ceramic mortar having a large heat capacity is heated, a heating time of about 30 minutes to several hours is required until the raw material powder in the mortar reaches a uniform heating temperature. In addition, when a ceramic mortar is subjected to rapid heating and cooling, stress cracking (thermal spalling) due to a difference in thermal expansion between the surface and the inside occurs. For this reason, it is necessary to gently heat and cool, resulting in a long processing time. In any case, Patent Document 1 has a problem that the running cost becomes high. In addition, there is a concern that impurities such as refractory materials in the furnace may be mixed in the mortar.
特許文献2は、個々の原料粒子が高温の処理空間内に分散されて加熱するため、原料粉体の加熱時間は数秒であり、特許文献1に記載の加熱方法と比較して非常に短くなる。また、特許文献2は、原料粉体を浮遊状態で処理するため、原料粉体と炉内の耐火材との接触が少なく、特許文献1のように不純物の混入の懸念もない。
In
その反面、特許文献2は、例えば、縦型炉のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合、その構造上、縦型炉内を流れる燃焼排ガスに偏流が生じやすくなり、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱することが困難であり、粉体の熱履歴が均一にならないという問題点を有している。
On the other hand, in
また、高温の処理空間内の温度分布は均一ではなく、原料粉体の粒子が高温の処理空間中のどの場所を通過するかによって個々の粒子が受ける熱履歴が均一にならないという問題がある。 In addition, the temperature distribution in the high-temperature processing space is not uniform, and there is a problem that the thermal history received by the individual particles is not uniform depending on the location in the high-temperature processing space through which the particles of the raw material powder pass.
そこで、本発明は、ランニングコストが抑えられ、縦型炉内を流れる燃焼排ガスの偏流を抑制して、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる粉体製造装置を提供することを第1の目的とする。また、本発明の他の目的は、粉体の熱履歴が均一になる処理空間に粉体を投射できる粉体製造装置を提供することである。 Therefore, the present invention provides a powder production apparatus that can suppress the running cost, suppress the drift of the combustion exhaust gas flowing in the vertical furnace, and uniformly heat the raw material powder particles descending in the furnace in a floating state. The first purpose is to provide it. Another object of the present invention is to provide a powder manufacturing apparatus capable of projecting powder into a processing space where the thermal history of the powder is uniform.
本発明の粉体製造装置は、内部に処理空間を形成する縦型炉と、燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、前記原料噴出ノズルは、多数の原料噴出ノズルで構成されており、前記多数の原料噴出ノズルは、前記燃焼排ガスの噴流が隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されるよう前記炉頂部から上部空間内に均一に配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、さらに、前記多数の原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、前記噴出口は、当該噴出口から噴出される前記燃焼排ガスの噴流が前記多数の原料噴出ノズルの長手方向の周壁に衝突する位置に設けられており、前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスの噴流を前記間隙に流通させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする。 The powder manufacturing apparatus of the present invention has a vertical furnace that forms a processing space inside, and a burner at one end of the combustion chamber, and the combustion exhaust gas generated in the combustion chamber passes into the main body through the upper part of the vertical furnace. Composed of a combustion apparatus to be introduced and a raw material jet nozzle that is disposed vertically downward at a top of the furnace located at the upper end of the upper part of the vertical furnace, and jets the raw material into the vertical furnace, and the upper part has the combustion In the powder manufacturing apparatus in which the other end of the chamber is connected in a direction orthogonal to the longitudinal axis of the vertical furnace, the raw material jet nozzle is composed of a number of raw material jet nozzles, A number of raw material jet nozzles are uniformly disposed in the upper space from the furnace top so that a predetermined flow resistance is provided when the jet of combustion exhaust gas flows through a gap between adjacent raw material jet nozzles , and The combustion exhaust gas formed on the upper part Of being arranged in the direction orthogonal to the ejection port of the axis, further, the insertion length to be inserted into the interior of the vertical furnace in a large number of raw material ejection nozzle above the opening length of said spout The ejection port is provided at a position where a jet of the combustion exhaust gas ejected from the ejection port collides with a peripheral wall in a longitudinal direction of the plurality of raw material ejection nozzles. said vertical furnace jet of the combustion exhaust gas introduced into to the flow through the gap, characterized in that by changing the flow direction of the combustion exhaust gas guided to the downstream side of the vertical furnace from.
この構成によれば、燃焼排ガスの噴流は、隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されて縦型炉内の下流側に導かれる。即ち、上述の多数の原料噴出ノズルは整流手段として機能する。このため、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる。また、縦型炉のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合でも、粉体の熱履歴を均一にできる。 According to this configuration, when the combustion exhaust gas jet flows through the gap between the adjacent raw material jet nozzles, a predetermined flow resistance is imparted to the downstream side in the vertical furnace . That is, many of the raw material jetting nozzles described above functions as a rectifying means. For this reason, the raw material powder particles descending in the furnace in a floating state can be heated uniformly. Further, even when the volume of the furnace increases as the vertical furnace is scaled up, the thermal history of the powder can be made uniform.
前記多数の原料噴出ノズルは、所定数の原料噴出ノズルからなる環状の原料噴出ノズル列を同軸上に少なくとも2列以上配置したものであり、同列上で隣接する原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列することが好ましい。 The raw material jetting nozzles of the large number, which has placed at least two rows or more raw material jetting nozzle row annular consisting raw material jetting nozzles of a predetermined number of coaxially pitch RuHara charge jet nozzle to adjacent vertically aligned It is preferable to arrange so that the angles are equal and the half pitch angle is shifted in the opposite rows.
この構成によれば、燃焼排ガスは、複数の原料噴出ノズル列を構成する各原料噴出ノズルで形成される間隙に均等に流入するので、複数の原料噴出ノズルが配置されている炉内空間において燃焼排ガスが整流される。 According to this configuration, the combustion exhaust gas uniformly flows into the gaps formed by the raw material ejection nozzles constituting the plurality of raw material ejection nozzle rows, so that the combustion exhaust gas is combusted in the furnace space where the plurality of raw material ejection nozzles are arranged. The exhaust gas is rectified.
前記噴出口から前記多数の原料噴出ノズルに流入する直前の前記燃焼排ガスの圧力をP1、前記多数の原料噴出ノズルを通過後の前記燃焼排ガスの圧力をP2としたとき、前記燃焼排ガスの差圧P1−P2が5mmH2Oから30mmH20となるように前記隣接する原料噴出ノズル間の間隙を設定することが好ましい。この構成によると、多数の原料噴出ノズルの隣接するノズル間の間隙が適切に設定でき、多数の原料噴出ノズルが適切な整流手段として機能する。 When the pressure of the flue gas just before flowing into the raw material jetting nozzles of the large number from said ejection port P1, the pressure of the combustion exhaust gas after passing through the raw material jetting nozzles of the large number and P2, of the combustion exhaust gas it is preferable that the differential pressure P1-P2 to set the gap between the adjacent material ejection nozzles such that 30mmH 2 0 from 5mmH 2 O. According to this configuration, the gap between adjacent nozzles of large numbers raw material jetting nozzles of appropriately be set, the raw material jetting nozzles of the multi-number functions as a suitable rectifier means.
前記噴出口と前記上部との接合部分における内縁下部は、面取りされていることが好ましい。この構成によれば、噴出口の角部の近傍で発生する渦流が軽減される結果、燃焼排ガスの速度分布が略均等になり、燃焼排ガスの整流効果が向上する。 It is preferable that the inner edge lower part in the junction part of the said jet nozzle and the said upper part is chamfered. According to this configuration, as a result of reducing the vortex generated in the vicinity of the corner of the jet outlet, the velocity distribution of the combustion exhaust gas becomes substantially uniform, and the rectification effect of the combustion exhaust gas is improved.
前記面取りを施す領域は、前記内縁下部の中央部を大きくし、前記内縁下部の両端に近づくに従って小さくしてもよい。この構成によると、噴出口を通過する燃焼排ガスの速度は噴出口における内縁下部の中央部が速く、縦型炉内の壁面と接合する前記噴出口の両端角部に近づくに従って次第に速度が低下するので、流速の速い中央部の面取りを大きくすれば、そこで発生する渦流が更に軽減される結果、燃焼排ガスの速度分布が均等になり、燃焼排ガスの整流効果が更に向上する。 The region to be chamfered may be made larger as the central portion of the lower portion of the inner edge is enlarged and closer to both ends of the lower portion of the inner edge. According to this configuration, the speed of the combustion exhaust gas that passes through the jet port is high in the central portion of the lower portion of the inner edge of the jet port, and gradually decreases as the both end corners of the jet port joined to the wall surface in the vertical furnace are approached. Therefore, if the chamfering at the central portion where the flow velocity is high is increased, the eddy current generated there is further reduced. As a result, the velocity distribution of the combustion exhaust gas becomes uniform and the rectification effect of the combustion exhaust gas is further improved.
前記多数の原料噴出ノズルにおける前記隣接する各原料噴出ノズルの下端から噴出される噴流の交差部までの距離をL、前記隣接する原料噴出ノズルの中心間距離をP、前記各原料噴出ノズルのノズル孔径をd、前記各原料噴出ノズルから噴出される前記原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、L={(P−d)/2}/(tanθ/2)[mm]を満たすものであり、前記距離Lの位置における前記原料の温度が、当該原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる前記Pを定めることが好ましい。
Wherein the distance from the lower end of each raw material jetting nozzles the adjacent in a number of raw material jetting nozzles to the intersection of the jet ejected L, and the distance between the centers of the raw material jetting nozzles the adjacent P, the nozzle of each raw material jetting nozzles the hole diameter d, when the set to the jet angle of the raw material ejected from the material ejection nozzle theta, each relationship, L = the {(P-d) / 2 } / (tanθ / 2) [mm] met are those, the temperature of the material at the location of the distance L, if the raw material is slurry-like powder that is preferably determined the P to be higher than the boiling point of the liquid.
この構成によれば、縦型炉の処理空間の中で、高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理が促進される高温の領域に原料粉体の粒子を通過させることができる。その結果、原料粉体の個々の粒子が受ける熱履歴を均一にできる。 According to this configuration, the raw material powder particles can be passed through a high-temperature region where high-temperature firing, ballooning, or spheroidizing treatment is promoted in the processing space of the vertical furnace. As a result, it is possible to make the thermal history received by the individual particles of the raw material powder uniform.
本発明によれば、ランニングコストが抑えられ、縦型炉内を流れる燃焼排ガスの偏流を抑制して、浮遊状態で炉内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる粉体製造装置を提供できる。更に、粉体の熱履歴が均一になる処理空間に粉体を投射できる粉体製造装置を提供できるという効果を奏する。 According to the present invention, there is provided a powder production apparatus that can suppress the running cost, suppress the drift of the combustion exhaust gas flowing in the vertical furnace, and uniformly heat the raw material powder particles descending in the furnace in a floating state. Can be provided. Furthermore, there is an effect that it is possible to provide a powder manufacturing apparatus capable of projecting powder into a processing space where the thermal history of the powder is uniform.
以下、本発明の第1の実施形態に係る粉体製造装置について、添付図面に従って説明する。なお、以下の説明では、方向や位置を表す用語(例えば、「一端」や「他端」、「上流」や「下流」等)を便宜上用いるが、これらは発明の理解を容易にするためであり、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が限定されるものではない。また、以下の説明は、本発明の一形態の例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, a powder manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the following description, terms indicating direction and position (for example, “one end”, “other end”, “upstream”, “downstream”, etc.) are used for convenience, but these are for ease of understanding of the invention. The technical scope of the present invention is not limited by the meaning of these terms. Further, the following description is merely an example of one embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention, its application, or its use.
図1(a)に示すように、粉体製造装置1は、直立円筒状の縦型炉2と、横型円筒状の燃焼装置3と、縦型炉2の炉頂部20に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内2に原料を噴出する原料噴出ノズル4とを有する。
As shown in FIG. 1 (a), a powder production apparatus 1 is arranged vertically downward on a vertical cylindrical
縦型炉2は、上部22の上端に位置する炉頂部20と、上部22から円錐状に拡径した本体部24を有している。縦型炉2には、断熱材26が内張りされており、内部に原料粉体を高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理ための処理空間28を形成している。
The
図1に示すように、燃焼装置3は、断熱材30が内張りされた燃焼室32を有する。燃焼室32は一端にバーナ34を有し、他端は円錐状に縮径している。図示するように、上部22には、燃焼室32の他端が縦型炉2の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている。上部22の壁面260には噴出口36(図1(b)参照)が形成されており、当該噴出口36を介して縦型炉2内と燃焼室32が連通している。
As shown in FIG. 1, the
バーナ34により生成された燃焼生成ガスは、燃焼室32の外周部に設けられた空気供給口38から流入する空気と混合して適切な温度に調整された高温の燃焼排ガス300となり、噴出口36を介して縦型炉2内に導入され、本体部24内の下流側に導かれる。
Combustion product gas generated by the
バーナ34は、例えば、都市ガス13A、プロパンガス、又はブタンガス等の気体燃料と燃焼用空気とを任意の空気比で燃焼できるものが好ましい。燃料は、気体燃料のほか、液体燃料、固体燃料のいずれであってもよい。
The
本実施の形態では、バーナ34で生成された燃焼生成ガスに空気を混合した燃焼排ガス300を縦型炉2内に導入しているが、これに限らず、燃料の理論燃焼空気量の例えば、1.05〜8倍の過剰な燃焼用空気量で燃焼可能なバーナで生成される燃焼生成ガスを縦型炉2内に直接導入してもよい。そのようなバーナを用いることで、燃焼装置3の構造を簡略化できる。
In the present embodiment, the
図2に示すように、原料噴出ノズル4は、乾燥状態の原料粉体、又はスラリー状の原料粉体が内部を流通する長軸ノズル40を有する。長軸ノズル40の一端側(上端側)には、矩形のフランジ42が貫通して設けられている。
As shown in FIG. 2, the raw
また、フランジ42の下面側であって長軸ノズル40外周部には、リブ422が円周方向に等間隔(例えば90°)で固着されている。このリブ422で長軸ノズル40の外周部とフランジ42の下面を固定することにより、長軸ノズル40の撓みを防止している。
In addition,
長軸ノズル40の他端側(下端側)の外周部には、円錐台状のセラミックファイバー400が外装されている。円錐台状のセラミックファイバー400は、長軸ノズル40の他端側(下端側)の近傍に設けられた2つの金属製リング402によって脱落が防止されている。
A frustoconical
フランジ42の下面から円錐台状のセラミックファイバー400の底面404までの領域には、底面404の直径と略等しい外径であって所定厚みを有するドーナツ状のセラミックファイバー406が厚み方向に多数積層されている。それらのセラミックファイバー406は、長軸ノズル40の外周部に所定の間隔で設けられた金属製リング408で自重による緩み、脱落を防止している。
In the region from the lower surface of the
上述のように構成された原料噴出ノズル4は、原料粉体が流通する長軸ノズル40内部の温度を所定温度に保持できる。また、長軸ノズル40の外周部を冷却媒体が流通する多重管構成とする必要がないので、原料噴出ノズル4の製造が容易になる。
The raw
次に、縦型炉2の炉頂部20に配置される原料噴出ノズル4について説明する。図1(a)、図3、及び図4に示すように、炉頂部20には、中心200から合計24本の原料噴出ノズル4a,4bが放射状に設けられている。
Next, the raw
合計24本の原料噴出ノズル4は、炉頂部20から上部22の空間内に均一になるよう放射状に配置されている。複数の原料噴出ノズル4の配置は、炉頂部20から上部22の空間内に均一に配置できれば放射状に限定されない。複数の原料噴出ノズル4を例えば、格子状、網目状に配置することも可能である。なお、放射状に配置する場合、中心200にも原料噴出ノズル4を配置してもよいが、そうすると中心200付近の燃焼排ガスの流速が不均一になる傾向を示すため、図3に示したように、中心200には原料噴出ノズル4を配置しない方が好ましい。
A total of 24 raw
図4に示すように、原料噴出ノズル4は、噴出口36の軸心に対して直交する方向に配置されている。図示するように、原料噴出ノズル4a,4bにおける縦型炉2の内部に挿入する挿入長さH1は、噴出口36の開口長さH2以上の長さを有している。ここで、「挿入長さ」とは、炉頂部20の底面から原料噴出ノズル4の下端までの寸法を意味し、「噴出口36の開口長さ」とは、噴出口36の開口形状が例えば矩形の場合においては、炉頂部20の底面から長辺又は短辺の下端までの寸法であり、噴出口36の開口形状が例えば円形の場合においては、炉頂部20の底面から円の下端までの寸法を意味する。
As shown in FIG. 4, the raw
図3に戻り、炉頂部20には、中心200に対して、8本の原料噴出ノズル4aからなる環状の第1の原料噴出ノズル列44が配列されていると共に、第1の原料噴出ノズル列44の外側に16本の原料噴出ノズル4bからなる環状の第2の原料噴出ノズル列46が同軸上に配列されている。
Returning to FIG. 3, an annular first raw material
また、第1の原料噴出ノズル列44を構成する各原料噴出ノズル4aは、それぞれ等しいピッチ角で配列されている。第2の原料噴出ノズル列46を構成する各原料噴出ノズル4bは、第1の原料噴出ノズル列44を構成する各原料噴出ノズル4aよりも小さなピッチ角で配列されている。図示するように、第1の原料噴出ノズル列44と第2の原料噴出ノズル列46は、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列されており、各原料噴出ノズル4aと各原料噴出ノズル4bとで形成される間隙を燃焼排ガスの通路(図示せず)として形成している。
Further, the raw
このため、燃焼排ガスは、各原料噴出ノズル4aと各原料噴出ノズル4bとで形成される間隙に均等に流入するので、複数の原料噴出ノズルが配置されている炉内空間において燃焼排ガスが整流される。
For this reason, since the combustion exhaust gas flows evenly into the gap formed by each raw
本発明の第1の実施形態に係る粉体製造装置1は、上述のように構成されているため、第1、2の原料噴出ノズル列44,46を構成する各原料噴出ノズル4a,4bとで形成される間隙が燃焼排ガスの整流手段として機能する結果、浮遊状態で縦型炉2内を降下する原料粉体の粒子を均一に加熱できる。また、縦型炉2のスケールアップに伴って炉の容積が大きくなった場合でも、粉体の熱履歴を均一にできる。
Since the powder manufacturing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention is configured as described above, the raw
なお、本実施の形態では、24本の原料噴出ノズル4を炉頂部20に配置する例を説明したが、これに限定するものではない。粉体製造装置1の処理能力(例えば、燃焼排ガス300の流量、縦型炉2の容積等)に応じて炉頂部20に配置される原料噴出ノズル4の本数を適宜に変更し、隣接する原料噴出ノズル4間の間隙を燃焼排ガスの通路として形成すればよい。
In the present embodiment, the example in which 24 raw
原料噴出ノズル4の本数、即ち、隣接する原料噴出ノズル4間の間隙の形成は、噴出口36から複数の原料噴出ノズル4に流入する直前の燃焼排ガス300の圧力と、複数の原料噴出ノズル4を通過後(即ち、複数の原料噴出ノズル4の下流側)の燃焼排ガス300の圧力との差圧を5mmH2Oから30mmH20となるように隣接する原料噴出ノズル4間の間隙を設定することで実現できる(図1(a)参照)。
The number of the raw
上述の差圧の下限値である5mmH2Oを下回ると、整流効果が得られない。逆に、上限値の30mmH2Oを上回ると、炉圧が高くなる結果、炉気が炉外に漏洩するのを防ぐ耐圧シールの構造が複雑化すると共に、設備全体のコストが高くなる。このように、差圧を5mmH2Oから30mmH20の範囲内に設定すれば、設備全体がコストアップすることなく、燃焼排ガス300を整流できる。
When the pressure falls below 5 mmH 2 O, which is the lower limit value of the differential pressure, the rectifying effect cannot be obtained. Conversely, if the upper limit of 30 mmH 2 O is exceeded, the furnace pressure increases, resulting in a complicated pressure seal structure that prevents the furnace air from leaking outside the furnace, and the cost of the entire equipment increases. Thus, by setting the pressure difference from 5mmH 2 O in the range of 30mmH 2 0, the entire equipment without cost, it can rectify the
なお、図2(b)に示すように、原料噴出ノズル4の下端の円錐台状のセラミックファイバー400のみを大径にし、差圧を5mmH2Oから30mmH20の範囲内に設定することも可能である。このようにすれば、複数の原料噴出ノズル4の下端から上流側の空間(噴出口36と対向する空間)の内圧が高まる。その結果、隣接する原料噴出ノズル4間の間隙から燃焼排ガス300を均等に流出させることができる。
Incidentally, as shown in FIG. 2 (b), only the truncated cone-shaped
次に、本発明の第2の実施形態に係る粉体製造装置を説明する。図1(a)に示すように、第2の実施形態に係る粉体製造装置1は、噴出口36から縦型炉2内に流入した燃焼排ガス300の流れ方向が当該縦型炉2内で90度変化する曲がり部の内側と対向する領域を面取りする面取り部362を有している。
Next, a powder manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1 (a), the powder manufacturing apparatus 1 according to the second embodiment is configured so that the flow direction of the
詳しく説明すると、面取り部362は、噴出口36と上部22との接合部分における内縁下部360に形成されている。その他の構成については、第1の実施形態で説明した粉体製造装置1と同じであるので、ここでの再度の説明は省略する。
More specifically, the chamfered
このように、噴出口36と上部22との接合部分における内縁下部360に形成することにより、その領域の近傍で発生する渦流が軽減される。その結果、縦型炉2内に流入する燃焼排ガス300の速度分布が略均等になり、燃焼排ガスの整流効果が向上する。
In this manner, by forming the inner edge
図1(b)に示すように、面取り部362において面取りを施す領域は、内縁下部360の中央部364を大きくし、当該内縁下部360の両端366に近づくに従って小さくする(平面視で三日月状)ことが整流効果をより向上させるうえで好ましい。
As shown in FIG. 1B, the chamfered area in the chamfered
通常、噴出口36の内縁下部360を通過する燃焼排ガス300の速度は、中央部364が速く、縦型炉2内の壁面260と接合点である両端366に近づくに従って次第に速度が低下するので、流速の速い中央部364の面取りを大きくすれば、そこで発生する渦流が更に軽減される。その結果、縦型炉2内に流入する燃焼排ガス300の速度分布が均等になり、燃焼排ガス300の整流効果が更に向上する。
Usually, the speed of the
図5、図6は、縦型炉2を縦割りにし、燃焼排ガス300の流量が10000m3N/h、燃焼排ガス300の温度が1200℃の条件において、原料噴出ノズル4の下端近傍領域280、及び縦型炉2内中央部の領域282での径方向の流速分布をシミュレーションした図を示す。図5(a)、図6(a)は面取り部362が無い場合(比較例)を示し、図5(b)、図6(b)は面取り部362が有りの場合(本発明例)を示す。図において、太い矢印は速度の速い燃焼排ガス300の流速分布を示す。
5 and 6 show that the
図5(a)、図6(a)に示すように、比較例では、原料噴出ノズル4の下端近傍領域280、及び縦型炉2内中央部の領域282で燃焼排ガス300の速度が速くなる傾向を示した。
As shown in FIGS. 5A and 6A, in the comparative example, the speed of the
一方、図5(b)、図6(b)に示すように、本発明例の場合、原料噴出ノズル4の下端近傍領域280、及び縦型炉2内中央部の領域282において、燃焼排ガス300の速度が略均等になっているという結果が得られた。このように、面取り部362を有することで燃焼排ガス300の整流効果が向上することが理解できる。
On the other hand, as shown in FIGS. 5 (b) and 6 (b), in the case of the present invention example, the
本発明の第3の実施形態に係る粉体製造装置に説明する。図7(a)に示すように、各原料噴出ノズル4には、当該原料噴出ノズル4から噴出される原料の噴流角度θを有している。各原料噴出ノズル4は近接して配置されているため、縦型炉(図示せず)の処理空間28において、噴流480が交差する交差部482が必ず形成される。
A powder production apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 7A, each raw
交差部482が形成される処理空間28が高温の領域(原料が乾燥粉体の場合は焼成温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上の領域)であれば、原料粉体は問題なく高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理される。
If the
しかし、図7(a)に示すように、隣接する原料噴出ノズル4の中心間距離Pが適切でないと、高温焼成、バルーン化処理、又は球状化処理が促進される処理空間28の手前の領域(原料が乾燥粉体の場合は焼成温度以下、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以下の領域)で交差部482が形成されてしまう。そのような領域で交差部482が形成されると、原料が乾燥粉体の場合は粉体の粒子が凝集し、粉体が密着した内側と外側とで反応が遅れるため、製品が不揃いになる。また、原料がスラリー状の粉体の場合は液滴が衝突して大きな粒子と小さな粒子が混在した製品になる。
However, as shown in FIG. 7A, if the center-to-center distance P between adjacent raw
そこで、発明者らは、鋭意検討した結果、図7(b)に示すように、原料噴出ノズル4の下端から、噴流480の交差部482までの距離をL、隣接する原料噴出ノズル4の中心間距離をP、原料噴出ノズル4のノズル孔径をd、原料噴出ノズル4から噴出される原料の噴流角度をθとしたとき、それぞれの関係が、L={(P−d)/2}/(tanθ/2)[mm]を満たし、この距離Lの位置における原料の温度が、原料が乾燥粉体の場合は凝集しない温度以上、原料がスラリー状の粉体の場合は液体の沸点以上となる原料噴出ノズル4の中心間距離Pであることを知見した。上述の距離Lは、原料噴出ノズル4の近傍の燃焼排ガス300の温度、流量、炉内圧力等の条件から、発明者らの実験、及び実験データの解析から得られたものである。
Therefore, as a result of intensive studies, the inventors have determined that the distance from the lower end of the raw
このように、本発明の第3の実施形態に係る粉体製造装置によれば、粉体の熱履歴が均一になる処理空間28に粉体を投射できる。
As described above, according to the powder manufacturing apparatus according to the third embodiment of the present invention, the powder can be projected onto the
本発明に係る粉体製造装置は、機能材微粉末の熱処理分解又は焼成処理、複合酸化物粉末の合成処理、ガラス等のセラミックス粉末の球状化処理又は発泡化処理するのに有用である。 The powder production apparatus according to the present invention is useful for heat treatment decomposition or firing treatment of functional material fine powder, composite oxide powder synthesis treatment, spheroidization treatment or foaming treatment of ceramic powder such as glass.
1 粉体製造装置、2 縦型炉、3 燃焼装置、4,4a,4b 原料噴出ノズル、20 炉頂部、22 上部、24 本体部、28 処理空間、32 燃焼室、34 バーナ、36 噴出口、44 第1の原料噴出ノズル列、46 第2の原料噴出ノズル列、300 燃焼排ガス、360 内縁下部、362 面取り部、400,406 セラミックファイバー、480 噴流、482 交差部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Powder manufacturing apparatus, 2 Vertical furnace, 3 Combustion apparatus, 4, 4a, 4b Raw material injection nozzle, 20 Furnace top part, 22 Upper part, 24 Main body part, 28 Processing space, 32 Combustion chamber, 34 Burner, 36 Outlet, 44 1st raw material ejection nozzle row, 46 2nd raw material ejection nozzle row, 300 combustion exhaust gas, 360 inner edge lower part, 362 chamfered portion, 400, 406 ceramic fiber, 480 jet flow, 482 intersecting portion
Claims (6)
燃焼室の一端にバーナを有し、前記燃焼室で発生した燃焼排ガスを前記縦型炉の上部を通して本体内に導入する燃焼装置と、
前記縦型炉の上部の上端に位置する炉頂部に垂直下向きに配置され、当該縦型炉内に原料を噴出する原料噴出ノズルとからなり、
前記上部には、前記燃焼室の他端が前記縦型炉の長手方向の軸心に対して直交する方向に接続されている粉体製造装置において、
前記原料噴出ノズルは、多数の原料噴出ノズルで構成されており、
前記多数の原料噴出ノズルは、前記燃焼排ガスの噴流が隣接する原料噴出ノズル間の間隙を流通する際に、所定の流通抵抗が付与されるよう前記炉頂部から上部空間内に均一に配置され、且つ前記上部に形成された前記燃焼排ガスの噴出口の軸心に対して直交する方向に配置されており、
さらに、前記多数の原料噴出ノズルにおける前記縦型炉の内部に挿入する挿入長さは、前記噴出口の開口長さ以上の長さを有しており、
前記噴出口は、当該噴出口から噴出される前記燃焼排ガスの噴流が前記多数の原料噴出ノズルの長手方向の周壁に衝突する位置に設けられており、
前記噴出口から前記縦型炉内に導入された前記燃焼排ガスの噴流を前記間隙に流通させ、当該燃焼排ガスの流れ方向を変化させて前記縦型炉内の下流側に導くことを特徴とする粉体製造装置。 A vertical furnace that forms a processing space inside;
A combustion apparatus having a burner at one end of the combustion chamber, and introducing combustion exhaust gas generated in the combustion chamber into the main body through the upper part of the vertical furnace;
It is arranged vertically downward at the top of the furnace located at the upper end of the upper part of the vertical furnace, and comprises a raw material jet nozzle for jetting the raw material into the vertical furnace,
In the upper part, in the powder manufacturing apparatus in which the other end of the combustion chamber is connected in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the vertical furnace,
The raw material ejection nozzle is composed of a large number of raw material ejection nozzles,
The plurality of raw material jet nozzles are uniformly disposed in the upper space from the furnace top so that a predetermined flow resistance is provided when the jet of combustion exhaust gas flows through a gap between adjacent raw material jet nozzles , And disposed in a direction perpendicular to the axis of the combustion exhaust nozzle formed in the upper part,
Furthermore, the insertion length inserted into the vertical furnace in the multiple raw material ejection nozzles has a length equal to or greater than the opening length of the ejection port,
The jet port is provided at a position where a jet of the combustion exhaust gas jetted from the jet port collides with a peripheral wall in a longitudinal direction of the multiple raw material jet nozzles,
And wherein the directing a jet of the combustion exhaust gas introduced into the vertical furnace from said ejection port is flow through the gap, by changing the flow direction of the flue gas downstream of the vertical furnace Powder manufacturing equipment.
同列上で隣接する原料噴出ノズルのピッチ角が等しく且つ、相対する列において半ピッチ角ずれるように配列した請求項1に記載の粉体製造装置。 Raw material jetting nozzles of the large number, which has placed at least two rows or more raw material jetting nozzle row annular consisting raw material jetting nozzles of a predetermined number of coaxially
Vertically aligned and equally the pitch angle of the RuHara charge jet nozzle to adjacent powder production apparatus according to claim 1 which is arranged to be shifted by half a pitch angle in the opposite row.
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