JP5919874B2 - ロータリーキルンの炉端部構造 - Google Patents

Description

本発明は、ロータリーキルンの炉端部構造に関する。

例えば、製鋼電気炉ダストや高炉ダスト中に含まれる亜鉛等の有価金属を揮発還元する還元培焼キルンやロータリーハースファーネス等で回収された粗酸化亜鉛ダスト中のフッ素、塩素をＩＳＰ製錬法や電解製錬法を採用している亜鉛製錬所の酸化鉱原料として使用可能な品位まで低減させるために、中空円筒形状の回転炉を備えるロータリーキルンが広く用いられている。

特に、電解製錬向けの焼鉱は電解採取工程で使用されるアルミニウム製パーマネントカソードの腐食進行を抑制するためにフッ素の含有量を、又、アノード中の鉛の溶出を防ぐために塩素の含有量を数百ｐｐｍまで低減する必要がある。原料中に含まれる塩素並びにフッ素の大部分は塩化フッ化鉛であることから、これを分解するために焼鉱温度を１１００〜１１５０℃で維持管理する必要がある。そのため、ロータリーキルンにおける排出部である炉端部には極めて高い熱負荷がかかることから、ロータリーキルンの炉端部には高い耐熱性が求められる。

例えば、耐熱性を高めたロータリーキルンの炉端部構造として、炉端部に水冷構造を備えたもの（特許文献１参照）、或いは、炉端部に冷却空間を形成した空冷式の炉端部構造を設けたもの（特許文献２参照）等、キルン本体に何らかの冷却構造を別途に付加することにより、耐熱性を高めたロータリーキルンの炉端部構造が提案されている。

しかしながら、特許文献１や２に記載の冷却構造は、ロータリーキルンの炉端部の寿命をある程度延長しうるものではあるが、いずれ寿命に達した際には大がかりな補修工事が必要になる。例えばロータリキルンの炉端部が損傷した場合には、損傷部分を含む先端部を切断し、切断した損傷部分と同型同サイズの先端部分を再製造し、これをキルン本体部に溶接する等、長期の工期と多額の修理費用をかけて、キルン本体を修理する必要がある。修理期間中の長期間の操業停止はロータリーキルンの生産性を著しく低下させる要因となっており、また多額の修理費用もかかることから、これらを短縮し、低減する解決手段が求められていた。

そこで、特に熱負荷による摩耗や損傷により、比較的高い頻度で交換が必要となるシール部やフード部等、キルン本体に付随する周辺部品について、それらの周辺部品の構造やキルン本体への取り付け方法を工夫して、周辺部品の交換作業を容易にしたロータリーキルンが提案されている（特許文献３参照）。

特開平９−２８７７１８号公報 特開２００１−２２７８７０号公報 特開２００２−１２８６号公報

特許文献３には、キルン本体に付随する周辺部品の保守交換について、作業効率を高めるための構造が開示されている。しかし、キルン本体が損傷した場合に、その補修作業を短期間、低コストで行うための手段については、未だ有効な解決手段が見出されていないのが現状であった。

本発明は、上記問題点を解決して、ロータリーキルンの炉端部について、損傷時の修理、或いはそのような損傷を未然に防ぐための補修を、短期間、低コストで行うことのできるロータリーキルンの炉端部構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、ロータリーキルンの炉端部構造を、例えばフランジ式の、着脱可能な固定部を備えるものとし、容易に交換可能な構造とすることにより、炉端部の熱負荷による損傷時の修理、或いはそのような損傷を未然に防ぐための補修を、短期間、低コストで行うことのできることを見出し、本発明を完成するに至った。より、具体的には、本発明は以下のものを提供する。

（１） ロータリーキルンの炉端部構造であって、中空円筒形状のシェル本体部の一端側に、交換可能な中空円筒形状のシェル先端部が、前記シェル本体部と前記シェル先端部を着脱可能に連接する固定部を介して、連接されていることを特徴とするロータリーキルンの炉端部構造。

（２） 前記固定部が、前記シェル本体部の一端側に形成される第１フランジ部と、前記シェル先端部の一端側に形成される第２フランジ部と、両フランジ部のフランジ面同士を固定する固定ボルトと、で構成されている（１）に記載のロータリーキルンの炉端部構造。

（３） 前記シェル先端部が、前記シェル本体部の排出口側に連接されている（１）又は（２）に記載のロータリーキルンの炉端部構造。

（４） 前記ロータリーキルンが定置式のロータリーキルンであって、前記シェル本体部の直径が１．５ｍ以上である（１）から（３）のいずれかに記載のロータリーキルンの炉端部構造。

本発明においては、ロータリーキルンの炉端部構造を、上記構造とすることにより、キルン本体の炉端部の修理等を、従来よりも格段に短期間、低コストで行うことができるものとした。

これにより、乾燥焼成用等のロータリーキルンを用いた加熱操業において、キルン本体の補修コストの低減と補修に要する修理期間の短縮によって、ランニングコストを低減して生産性を大きく向上させることができる。

本発明の炉端部構造を備えるロータリーキルンの全体構成及び使用態様を示す断面模式図である。 本発明のロータリーキルンの炉端部構造を構成するシェル本体部とシェル先端部、及びそれらを連接する固定部の断面模式図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではない。以下、金属の精製を目的とした大型の乾燥焼成用ロータリーキルンの炉端部構造へ適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の炉端部構造は、円筒形状の回転式加熱炉であれば、その他のあらゆる加熱炉の炉端部への適用が可能なものである。

＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明の炉端部構造の一実施形態となるロータリーキルン１の全体構成及び使用態様につき説明する。図１に示す通り、ロータリーキルン１は、キルン本体１０と、内部を熱するための熱風を送風するバーナー部４０、キルン本体１０に図中のＲ方向への回転力を伝える駆動ギヤ５０、及び、キルン本体１０を支持するキルン支持部（図示せず）、を備える回転式の加熱炉である。尚、キルン本体１０は、使用時に、被焙焼物の投入口である投入口１２から被焙焼物を排出する排出口１３に向けて被焙焼物の移動する方向に向けて、水平面に対し通常１〜４％の傾斜をもつように設置される。

キルン本体１０は、中空円筒形状の窯であり、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２が固定部２０を介して連接されている。又、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２の内周壁面上には、本実施形態のように耐火物３０が敷設されていることが好ましい。

本発明の炉端部構造は、特に定置式の大型のロータリーキルンに対して極めて好ましく用いることができる。具体的には、操業時に特定の位置に固定されて使用されるロータリーキルンであって、且つ、円筒形状のシェル本体部の直径が１．５ｍ以上である定置式の大型のロータリーキルンの場合に、本発明による修理期間の短縮効果は極めて大きい。そのような定置式の大型のロータリーキルンが損傷した場合、従来は、上述したような長期の工期と多額の修理費を要する補修作業が必須であったが、本発明によれば、そのような定置式の大型のロータリーキルンであっても、大幅な修理期間の短縮と修理費用の低減を実現することができる。

シェル本体部１０１とシェル先端部１０２は、いずれも厚さ１５〜３０ｍｍの炭素鋼（普通構造用鋼）からなる円筒形状の中空構造物であり、シェル先端部１０２は、容易に交換可能である連接構造によってシェル本体部１０１の一方又は両方の端部に固定部２０を介して連接されている。キルン本体１０においては、高温の焼生物を排出する排出口１３側の周辺が特に高熱に晒される場合が多いため、少なくとも排出口１３側の端部に、シェル先端部１０２が設けられていることが好ましい。

以上の構成を有するロータリーキルン１においては、バーナー部４０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ５０によりキルン本体１０をＲ方向に回転させながら、投入口１２より、被焼成物をａ方向へと投入する。被焼成物はキルン本体１０の傾斜に沿って攪拌、焼成されながらキルン本体１０内を排出口１３の方向に向かって移動してゆき、排出口１３からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。又、排出口１３付近はバーナー部４０からの火炎の輻射熱及び燃料から発生する亜硫酸ガスや炉内で発生した腐食性ガスにも晒される。このため、排出口１３の周縁部即ちキルン本体１０の炉端部の端部には特に強い熱負荷及び腐食性ガスに晒されることとなる。このように苛酷な環境に晒される炉端部の構成を従来とは異なる新規な構成とすることにより、ロータリーキルン１の保守効率を飛躍的に高めた点に本発明の特徴がある。

このように、本発明の炉端部構造は、熱負荷による損傷が発生し易い排出口１３側の端部において特に保守効率の大きな向上を実現しうるものである。但し、投入口１２側においても本発明の炉端部構造は適用可能であり、その場合であっても充分に保守効率を向上させるものである。

＜ロータリーキルンの炉端部構造＞
次に、図２を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の炉端部構造について説明する。図２は、本発明のロータリーキルン１のキルン本体１０を構成するシェル本体部１０１とシェル先端部１０２と及びそれらを連接する固定部２０の断面模式図である。

図２に示す通り、固定部２０は、キルン本体１０の一部分であり、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２を着脱可能に連接する部分のことを言う。固定部の形状や構造は、必ずしも特定の形状や構造に限定されず、固定部を介してシェル本体部１０１とシェル先端部１０２を着脱可能に連接可能な形状、構造であればよい。着脱可能とは、即ち、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２を必要充分な強度で連接する一方で、それらを容易に離脱させ、更に、再度、同様に連接することが可能な形状、構造であることを意味する。尚、そのように、シェル本体部１０１にシェル先端部１０２が着脱可能に連接しうるものである限り、固定部は必ずしもシェル本体部から分離可能な別途の部材には限られない。例えば、シェル本体部１０１、シェル先端部１０２のそれぞれの端部を、それらの間の接合面積を拡大するように変形してある場合には、その変形した接続面をもって本発明における固定部とする。

好ましい形状を備える固定部の一例として、図２に示す通りのキルン本体の直径と略同径のリング状である固定部２０を挙げることができる。固定部２０は、所要の連接強度を確保できる範囲であれば、完全なリング状でなくても、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２の端部円周に沿って断続的に形成される形状であってもよい。但し、リング状に一体化した固定部２０をキルン本体１０に設置することにより、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２の端部円周の形状の歪みを抑制する補強効果が高まるため、固定部２０は、キルン本体の直径と略同径の隙間のない完全なリング状とすることが好ましい。

又、固定部２０の構造としては、図２に示す通り、シェル本体部１０１の一端側に形成される第１フランジ部２１と、シェル先端部１０２の一端側に形成される第２フランジ部２２（以下、以上を合わせて「両フランジ部」とも言う）と、両フランジ部の接合面を固定する固定ボルト２３とで構成されるものであることが好ましい。このような構造とすることによって、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２の連接部分の耐熱耐久性と着脱の容易性を、簡易な構造によって低コストで実現することができる。

第１フランジ部２１、第２フランジ部２２は、特に限定されないが、炭素鋼（普通構造用鋼）からなる鋼版等を好ましく用いることがでる。そして、両フランジ部を、シェル本体部１０１及びシェル先端部１０２の端部円周上に沿って、外周壁面側及び内周壁面側、或いはその一方の側に突出する形状として連接のためのフランジ面を設置形成し、互いのフランジ面を固定ボルト２３で固定することによって、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２とを強固に連接することができる。

尚、固定部２０の耐熱耐久性を高める観点からは、両フランジ部を、キルン本体１０の内周壁面側及び外周壁面側の両方に突出させる構成とすることが好ましい。両フランジ部を、このような構成とする場合には、両フランジ部の内周壁面側の突出部分を、図２に示す通り、耐火物３０によって完全に被覆することによって、内周壁面上にフランジ部を突出させずに、同壁面を平滑に保持することができ、被焙焼物を円滑に移動させることができる。ロータリーキルン１の炉端部構造をこのような構成とすることにより、操業時における固定部２０の耐熱耐久性と、補修時におけるシェル先端部１０２の着脱の容易性のいずれをも、極めて高いものとすることができる。

シェル本体部１０１側に形成される第１フランジ部２１については、シェル本体部１０１の端部円周の形状の歪みを抑制する必要性が特に高いため、キルン本体の直径と略同径サイズで一体成型されたリング状であるか、若しくは、複数の部材からなる場合であっても、溶接加工等により隙間の無い完全なリング状としたものであることが好ましい。又、継続的に使用されるものであるため、シェル本体部１０１に特に強固に固定されている必要がある。

シェル先端部１０２側に形成される第２フランジ部２２については、第１フランジ部２１と対応して固定部２０を形成しうる限りにおいて形状は限定されないが、第２フランジ部２２とシェル先端部１０２が予め一体化されている部材を交換用の定型部品として好ましく用いることができる。部品を定型化することにより、製造コストの低減が可能であり、そのような部品を予め備えておくことにより、修理時間を短縮することができる。尚、シェル先端部１０２を交換用の定型部品とする場合、固定ボルト２３を貫通させるためのボルト穴を、シェル本体部１０１の収縮や変形にも対応できるような変動代を含む大きさ、形状で形成しておくことが好ましい。

図２に示す通り、シェル本体部１０１とシェル先端部１０２の内周壁面側に設置する耐火物としては、従来公知の耐火煉瓦やキャスタブル、モルタル等の不定形耐火物を耐火物３０として用いることができる。例えば、耐火煉瓦としてはアルミナ煉瓦、又、不定形耐火物としては、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分とするキャスタブル耐火物を好ましい一例として挙げることができる。耐火物３０は、キルン本体１０の内周壁面側を被覆することによって、シェル本体部１０１とシェル先端部に対する熱負荷を軽減するものである。固定部２０を被覆する耐火物３０としては、上記の不定形耐火物を好ましく用いることができる。

＜ロータリーキルンの炉端部の製造方法及び修理方法＞
本発明のロータリーキルンの炉端部構造は、シェル本体部１０１の端部に第１フランジ部２１を、シェル先端部１０２のシェル本体部１０１側となる端部に第２フランジ部２２を溶接加工により接合し、次に両フランジ部を固定ボルト２３によって接合することによって製造することができる。固定部２０をキルン本体の直径と略同径の一連のリング状の固定部とする場合には、予めリング状に一体形成したフランジをシェル端部に設置してもよいし、フランジを構成する複数の部材を円周上に並置した後に、各部材間の隙間を溶接して隙間のないリング状のフランジとしてもよい。

シェル先端部１０２が損傷した場合には、着脱可能な固定部２０の固定ボルト２３を外して損傷した旧いシェル先端部１０２をシェル本体部１０１から離脱させ、予め用意しておいた交換用のシェル先端部１０２を固定部２０を介して連接し、固定ボルト２３によって強固に係止することにより、速やかにロータリーキルン１の修理を完了させることができる。

以上のロータリーキルンの炉端部構造によれば、以下のような効果を奏する

（１） 本発明のロータリーキルンの炉端部構造は、中空円筒形状のシェル本体部の一端側に、交換可能な中空円筒形状のシェル先端部が、それらを着脱可能に連接する固定部を介して着脱可能に連接されている構造とした。これにより、炉端部の修理、補修を、従来よりも格段に短期間、低コストで行うことができるようになった。よって、ロータリーキルンの長期にわたる操業におけるランニングコストを低減させ、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を顕著に高めることができる。

（２） ロータリーキルンの炉端部構造を、固定部が、シェル本体部の一端側に形成される第１フランジ部と、シェル先端部の一端側に形成される第２フランジ部と、両フランジ部のフランジ面同士を固定する固定ボルトと、で構成されている構造とした。これにより、固定部の高い耐熱耐久性と着脱の容易性を、低コストで両立することができるようになった。よって、ロータリーキルンの修理、補修に要するコストを低減して保守効率を顕著に高めることができ、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を顕著に高めることができる。

（３） シェル先端部が、シェル本体部の排出口側に連接されている構造とした。これにより、高い熱負荷のかかるロータリーキルンの排出口側の炉端部における保守効率を飛躍的に高めることができる。

（４） ロータリーキルンが定置式のロータリーキルンであって、シェル本体部の直径が１．５ｍ以上である構造とした。これにより、特に炉端部の修理、補修に要するコストが過大な負担となりやすい定置式の大型のロータリーキルンにおいて、保守効率を飛躍的に高めることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

より具体的な実施例として、例えば、ロータリーキルンの一方の炉端部に熱負荷による損傷が生じた場合、損傷部分を含むシェル先端部を切断し、切断された部分と同形状のものを再生産し、更にそれをシェル本体部に熔接するという従来における一般的な修理方法によって修理を行う場合には、一週間程度の時間を要する。しかし、ロータリーキルンの炉端部を本発明の炉端部構造とすることにより、同様の修理を半分程度の期間で行うことが可能である。又、保守コストについても、上記の通り、修理等にかかる期間の短縮に加えて、交換用のシェル先端部を定型化することによるコストダウンも合わせて大幅なコスト低減が可能であり、保守効率の向上によりロータリーキルンの生産性を顕著に高めることができる。

１ ロータリーキルン
１０ キルン本体
１０１ シェル本体部
１０２ シェル先端部
１２ 投入口
１３ 排出口
２０ 固定部
２１ 第１フランジ部
２２ 第２フランジ部
２３ 固定ボルト
３０ 耐火物
４０ バーナー部
５０ 駆動ギヤ

Claims (3)

1. ロータリーキルンの炉端部構造であって、
   中空円筒形状のシェル本体部の一端側に、交換可能な中空円筒形状のシェル先端部が、前記シェル本体部と前記シェル先端部を着脱可能に連接する固定部を介して、連接されていて、
   前記固定部が、前記シェル本体部の一端側に形成される第１フランジ部と、前記シェル先端部の一端側に形成される第２フランジ部と、両フランジ部のフランジ面同士を固定する固定ボルトと、で構成されていて、
   前記両フランジ部は、キルン本体の内周壁面側及び外周壁面側の両方に突出させる構成であって、前記両フランジ部の内周壁面側の突出部分の全体が、不定形耐火物によって被覆されていることを特徴とするロータリーキルンの炉端部構造。
2. 前記シェル先端部が、前記シェル本体部の排出口側に連接されている請求項１に記載のロータリーキルンの炉端部構造。
3. 前記ロータリーキルンが定置式のロータリーキルンであって、前記シェル本体部の直径が１．５ｍ以上である請求項１又は２に記載のロータリーキルンの炉端部構造。

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