JP6745054B2 - ロータリーキルン - Google Patents

Description

本発明は、円筒形の窯（キルン）を回転させて、キルン内に投入された処理対象を加熱するロータリーキルンに関するものである。

ロータリーキルンは、焼却、焼成、乾燥等の様々な用途において使用されている。例えば、特許文献１には、外筒と内筒を有する２重筒構造とし、内筒の内側を経由した被処理物が内筒と外筒の間の戻り経路を経由して往復させることが可能なロータリーキルンを開示している。また、特許文献２には、複数の搬送筒を束ね、かつ各搬送筒の中には、正逆いずれかの方向のスクリューが配置されて搬送筒の間で往復できるように構成したロータリーキルンが開示されている。

特許第４３３９２２９号公報 特開２０１３−２１６９４４号公報

アルミニウム、亜鉛、銅、鉄等の金属製品や、真鍮、ステンレス等の合金類の切削加工等で発生する金属切粉には、切削油が付着している。例えば、アルミニウムの金属切粉の再利用では、金属切粉をアルミニウム地金に再生するために、加工時に金属切粉自体に付着した油分を乾燥させる工程がある。この乾燥工程において、ロータリーキルンを用いて、４００〜６００℃の温度で水分や油分を蒸発させる。ところが、完全に乾燥しないと、金属切粉に残留した油分がコークとなり金属切粉を付着し、金属切粉を溶解炉へ投入する際に、炎や黒煙が発生する。

従って、加熱処理に用いられるロータリーキルンにおいては、処理すべき収容物をキルン内に滞在させ加熱処理を促進させることが求められる。

そこで本発明の目的は、被処理物をキルン内に滞在させ加熱処理を促進させるロータリーキルンを提供することにある。
本発明によれば、被処理物を取り入れ排出する中央管と、
前記中央管のまわりに円周上に多数配置された複数の搬送管とを有し、
前記搬送管の全部或いは一部は、メッシュ構造を具備した内筒を備えた多重管構造であって、内筒の内壁及び搬送管の内壁に沿って夫々配置され、被処理物を移動させる案内体を夫々有し、
前記多重管構造の搬送管は、隣合う多重管構造の搬送管の内筒の内部同士がジグザグに縦列に接続され、かつ隣合う多重管構造の搬送管の内壁と内筒の外壁に囲まれた空間同士がジグザグに縦列接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、メッシュ構造を具備した内筒を備えた搬送管を中央管のまわりに円周上に多数配置し、内筒の内部同士を縦列に接続し、かつ搬送管の内壁と内筒の外壁に囲まれた空間同士をジグザグに縦列接続することにより、長い攪拌分離経路を構成することができる。このため、処理物に付着した油分等を十分に気化させることが出来き、一方、油分等により付着した小径粉が剥離することにより金属切粉との分別が効率的に行われる。

ロータリーキルン及びこれを収容するチャンバーを示す図である。 ロータリーキルンの断面図である。 ロータリーキルンを構成する搬送管を示す図である。 金属切粉の移動する経路を示す図である。 中央管の断面を示す図である。 他の実施例のロータリーキルンの断面を示す図である。

図１にロータリーキルン１及びこれを収容するチャンバー２０を示しており、図１Ａはロータリーキルン１の側面、図１Ｂはロータリーキルン１の正面、図１Ｃはチャンバー２０の断面を示している。ロータリーキルン１は、中央管２の廻りの円周上に複数の搬送管１０が取り囲み、中央管２に対してその外周を囲って取り付けられている。そして、中央管２及び複数の搬送管１０を束ねた構造を有している。処理すべき被処理物として油分や水分で汚染された金属切粉を扱うものとする。金属切粉は、図面において左側から、スクリュー３側の中央管２に取り入れられて、周囲の搬送管１０を経由した後、再び中央管２に戻り、図面において右側のスクリュー５により小径粉が、中央管２の内筒８からはスクリュー９により処理済み金属切粉が排出される。中央管２及び搬送管１０の内部構造については、後に詳細に説明する。６ａは歯車であり、図示していない動力源から回転力が伝達され、回転軸６ｂを回転させる。回転軸６ｂは、ロータリーキルン１の全体を回転させる。ロータリーキルン１には回転リング４が設けられ、回転リング４の周囲はチャンバー２０側に配置されたローラー２１、３１（図１Ｃ）により支持されている。７はスイベルであり、回転軸６ｂを冷却するための冷却水を回転軸６ｂ内に供給する。

図１Ｃにおいて、チャンバー２０は、導入管２８、排出管２９及び中央の主管３０からなっており、それぞれが構造材と断熱材による２重構造になっている。導入管２８には、処理すべき金属切粉を投入する投入管２４、発生したガスを取り出す気体排出管２５及び、ヒーター２３を有している。ヒーター２３は、スクリュー３の回転中心に挿入できるようになっている。主管３０には、ロータリーキルン１の回転軸６ｂを安定した状態で回転させるために、ローラー２１、３１を有している。ロータリーキルン１の回転軸６ｂのブレを検知するセンサ（図示せず）を有しており、常に主管３０に対する回転軸６ｂの位置がずれないように、シリンダ３１、３２によりローラー２１、３１の位置を制御している。

排出管２９は、小径粉を排出するシュート２６と処理済みの金属切粉を落下させるシュート２７を有している。シュート２６はスクリュー５により小径粉が排出される直下の位置に、シュート２７はスクリュー９により処理済み金属切粉が排出される直下の位置に設けられる。３３は、チャンバー２０の外部に配置された歯車６ａから延びる回転軸６ｂがチャンバー２０に導入される際に、チャンバー２０を外気から遮蔽するシール部である。

図２に、ロータリーキルン１のＸ−Ｘ断面を示す。尚、同図は、ロータリーキルン１をチャンバー２０内に実装して、チャンバー２０をＸ−Ｘ断面で切断した状態で示している。搬送管１０は、構造が異なる複数種のタイプを有している。搬送管１０を反時計回りに搬送管１０ａ〜１０ｇと引用符号を付すと、搬送管１０ａ及び搬送管１０ｂは内部に案内体１１を有する単管構造をしている。一方、搬送管１０ｃ〜１０ｇは、内筒１２を有し、さらに内筒１２内に案内体１３を有する多重管構造となっている。案内体１１或いは案内体１３としては、螺旋状に連続したスクリュー或いは金属切粉を進行させる方向に角度を付けた非連続の突起であっても良い。以下、案内体と称する場合は、同様の定義とする。

案内体１１、１３は、図４にて説明するように搬送管１０ｃ〜１０ｇによって案内する方向が異なっている。処理すべき金属切粉Ｍｅおよび、小径粉Ｒｅは、搬送管１０ａ〜１０ｇの下側に溜まって、ロータリーキルン１の回転に応じて、案内体１１、１３によりに案内される。

以下、搬送管１０ａ〜１０ｇについて、タイプ別に図３を用いて説明する。搬送管１０ａ〜１０ｇは、一部が単管構造、他の一部が多重管構造を有している。図３Ａは、搬送管１０ａ、１０ｂに適用されるタイプＡ搬送管である。タイプＡ搬送管は、タイプＡ搬送管の内壁に沿って取り付けられた案内体１１を有する単管構造であり、一方の端側の周面に開口１４、他方の端側の周面に開口１５を有し、タイプＡ搬送管の回転により、開口１４から取り入れられた金属切粉は一方向に進み、開口１５から取り出される。案内体１１としては、螺旋状に連続したスクリュー或いは金属切粉を進行させる方向に角度を付けた非連続の突起であっても良い。以下、案内体と称する場合は、同様の定義とする。

図３Ｂは、搬送管１０ｃに適用されるタイプＢ搬送管である。タイプＢ搬送管は、搬送管の内壁に沿って取り付けられた案内体１１の他に、内筒１２及び内筒１２の内壁に沿って取り付けられた案内体１３を有する多重管構造である。案内体１１は、内筒１２の外壁と搬送管の内壁に囲まれた空間に存在している。内筒１２の側面は、多数の小孔を有するメッシュ構造１２ａを具備しており、内筒１２の内部から所定の粒径よりも小さい小径粉Ｒｅが、メッシュ構造１２ａの小孔を介して内筒１２の外壁と搬送管１０ｃの内壁に囲まれた空間に落下するようになっている。一方の端側の周面に開口１６が設けられ、内筒１２の内部に直接連通している。開口１６から取り入れられた金属切粉Ｍｅはメッシュ構造１２ａにより小径粉Ｒｅを落下させながら、案内体１３により一方向に案内され、内筒１２に直接連通する開口１７から取り出される。メッシュ構造１２ａにより内筒１２の外壁と搬送管１０ｃの内壁に囲まれた空間落下した小径粉Ｒｅは、案内体１１により他方の端側の周面に開口１９から取り出される。

図３Ｃは、搬送管１０ｂ〜１０ｆに適用されるタイプＣ搬送管である。タイプＣ搬送管は、タイプＢ搬送管と同様に多重管構造である。タイプＢ搬送管との相違は、一方の端側の周面には、内筒１２へ連通する開口１６に加えて、内筒１２の外側の空間に連通する開口１８が設けられている点が異なる。他の構造は、タイプＢ搬送管と同様である。開口１８は、内筒１２の外壁とタイプＣ搬送管の内壁に囲まれた空間に落下した小径粉Ｒｅが進入する開口である。

図３Ｄは、搬送管１０ｇに適用されるタイプＤ搬送管である。タイプＤ搬送管は、タイプＣ搬送管と同様に多重管構造である。タイプＣ搬送管との相違は、タイプＤ搬送管の長さ途中に、内筒１２の外側の空間に連通する開口１９が設けられている点と、タイプＣ搬送管の内壁に沿って取り付けられた案内体１１の代わりに開口１９の位置を中心として正逆の移動方向の案内体１１ａ、１１ｂが設けられている点が異なる。他の構造は、タイプＢ搬送管と同様である。開口１９の位置よりも図面右側に進んだ位置において、メッシュ構造１２ａから落下した小径粉Ｒｅは、逆への移動方向の案内体１１ｂにより開口１９に案内される。

図３Ｅは、タイプＣ搬送管に代わって搬送管１０ｂ〜１０ｆに適用可能なタイプＥ搬送管である。タイプＥ搬送管は、タイプＣ搬送管と同様に多重管構造である。タイプＣ搬送管との相違は、一方の端側の周面には、内筒１２へ連通する開口１６の位置に対して、内筒１２の外側の空間に連通する開口１８の位置がずれている点が異なる。また、タイプＥ搬送管の長さ途中に、内筒１２の外側の空間に連通する開口１９が設けられている点と、タイプＣ搬送管の内壁に沿って取り付けられた案内体１１の代わりに開口１９の位置を中心として正逆の方向の案内体１１ａ、１１ｂが設けられている点が異なる。他の構造は、タイプＣ搬送管と同様である。タイプＥ搬送管は、開口１８及び１９がタイプＥ搬送管の長さのどの位置でも設けられることが可能である。このため、タイプＥ搬送管を前後段に連続させる場合に、開口１８及び１９の位置を自由に設定することができる。タイプＥ搬送管においては、開口１８へ落下する小径粉Ｒｅが、直接にメッシュ構造１２ａに進入しないように、開口１８の直下にメッシュ構造１２ａを配置しないようにするのが望ましい。

上記した例においては、開口１４、１５は単管構造の搬送管１０への出入り口を示し、開口１６、１７は多重管構造の内筒１２の内部と搬送管１０の外部とを直接つなぐ出入り口を示している。また、開口１８、１９は多重管構造の内筒１２の外壁と搬送管１０の内壁とに囲まれた空間を、搬送管１０の外部をつなぐ出入り口を示している。

図４は、中央管２に進入した金属切粉が、中央管２から排出されるまでの経路を矢印イ〜ヨにより示している。搬送管１０ａの開口１４が、搬送管１０ｂの開口１５に接続されて、矢印ロからニに到る経路が形成されている。搬送管１０ａと搬送管１０ｂは、攪拌用の搬送管であり、金属切粉Ｍｅはチャンバー２０の加熱状態において、さらに互いの摩擦熱により発熱しながら案内体１１により案内される。

搬送管１０ｃ〜搬送管１０ｆの開口１６が、中央管２の円周上で隣合って存在する後段の搬送管１０ｄ〜１０ｇの開口１７に接続されて、矢印ホからワに到る経路が形成されている。搬送管１０ｃ〜１０ｆは、攪拌分離用の搬送管であり、金属切粉Ｍｅは小径粉Ｒｅを分離しながら案内体１３により案内される。一方、小径粉Ｒｅは、案内体１１に案内され開口１９から排出される。

搬送管１０ｇの開口１６が、前段の搬送管１０ｆの開口１７に接続されて、矢印カからヨに到る経路が形成されている。搬送管１０ｇは、金属切粉Ｍｅと小径粉Ｒｅとを分離して中央管２へ戻す機能がさらに付与された攪拌分離用の搬送管であり、金属切粉Ｍｅは小径粉Ｒｅを分離しながら案内体１３により案内され開口１７から排出される。一方、小径粉Ｒｅは、案内体１１ａ、１１ｂに案内され開口１９から排出される。このように、搬送管１０ｃ〜１０ｆは、内筒１２の内部同士を縦列に接続し、かつ搬送管１０ｃ〜１０ｆの内壁と内筒１２の外壁に囲まれた空間同士をジグザグに縦列接続することにより、長い攪拌分離経路を構成している。また、搬送管１０ａ〜１０ｆは、中央管２に対してその外周を囲って取り付けられており、長い攪拌分離経路を容易に作成することができる。

図５は、中央管２の断面を示している。各搬送管１０ａ〜１０ｅとの関係が理解しやすいように、図５Ａにおいては、搬送管１０ａ及び搬送管１０ｅの断面も合わせて示している。また、図５Ｂにおいては、搬送管１０ｅ及び搬送管１０ｇの断面も合わせて示している。中央管２は、長さ途中に仕切板２ａが設けられており、金属切粉Ｍｅの受け入れ側（図左側）と、取り出し側（図右側）に分割されている。受け入れ側においては、搬送管１０ａの開口１４に連通する開口２ｂが設けられており、開口２ｂの両側において正逆のスクリュー３、３ａが中央管２の内壁に設置されている。投入管２４から導入管２８内に投入された金属切粉Ｍｅは、ヒーター２３により加熱されながら図面右方向のスクリュー３により中央管２の内部に受け入れられて開口２ｂから搬送管１０ａの開口１４に落下する。開口２ｂを通り過ぎてしまった金属切粉Ｍｅは、逆方向のスクリュー３ａにより戻されて開口２ｂから落下する。

図５Ｂにおいて、中央管２の取り出し側においては、内筒８が設けられた多重管構造となっている。仕切板２ａの近傍には、中央管２の外部から内筒８の外側に到る開口２ｃが設けられており、搬送管１０ｇの開口１９に連通している。また、中央管２の外部から内筒８の内側に直接到る開口２ｄが設けられており、搬送管１０ｇの開口１７に連通している。搬送管１０ｇの金属切粉Ｍｅは、開口２ｄにより内筒８の内側に落下し、正方向のスクリュー９により内筒８の端部にまで案内され、排出管２９のシュート２７に落とされる。一方、搬送管１０ｇの小径粉Ｒｅは、開口２ｃにより内筒８の外側に落下し、正方向のスクリュー５により中央管２の端部にまで案内され、排出管２９のシュート２６に落とされる。

部に受け入れられて開口２ｂから搬送管１０ａの開口１４に落下する。開口２ｂを通り過ぎてしまった金属切粉Ｍｅは、逆方向のスクリュー３ａにより戻されて開口２ｂから落下する。

本実施例によれば、メッシュ構造１２ａを有した内筒１２を備えた搬送管１０を中央管２のまわりに円周上に多数配置し、内筒１２の内部同士を縦列に接続し、かつ搬送管１０の内壁と内筒１２の外壁に囲まれた空間同士をジグザグに縦列接続することにより、長い攪拌分離経路を構成することができる。このため、金属切粉Ｍｅに付着した油分等を十分に気化させることが出来き、一方、油分等が気化することにより金属切粉Ｍｅと小径粉Ｒｅとの分別が効率的に行われる。

上記実施例のロータリーキルン１は、金属切粉Ｍｅを加熱してガスを発生させ、かつ小径粉Ｍｅを分離するロータリーキルンであったが、ロータリーキルン内で接触触媒を循環させてガスを発生させるロータリーキルン１００を図６に示す。ロータリーキルン１との主な相違は、中央管２の内部構造と、チャンバー２００が排出管２９に小径粉Ｒｅを落下させるシュート２６を有していない点である。接触触媒は粒状であって、実施例１と同様に実施例２においても小径粉Ｍｅとして扱われるが、接触触媒は金属切粉Ｍｅから分離させるという意味で、ロータリーキルン１００における被処理物でもある。

図６は、中央管２の断面を示している。図５と同様に、図５Ａには搬送管１０ａ及び搬送管１０ｅの断面も合わせて示し、図５Ｂにおいては、搬送管１０ｅ及び搬送管１０ｇの断面も合わせて示している。中央管２は、長さ途中に仕切板２ａが設けられており、金属切粉Ｍｅの受け入れ側（図左側）と、取り出し側（図右側）に分割されている。受け入れ側においては、搬送管１０ａの開口１４に連通する開口２ｂが設けられており、開口２ｂの両側において正逆のスクリュー３、３ａが中央管２の内壁に設置されている。受け入れ側においては、さらに、中央管２は内筒８ａを有する多重管構造であり、内筒８ａの内側には、図面左側に進むスクリュー９ａが設けられている。仕切板２ａの近傍には、中央管２の外部から内筒８ａの内側に直接到る開口２ｅが設けられている。図６Ｂにおいて、中央管２の受け入れ側においては、開口２ｅは搬送管１０ｇの開口１９に連通している。中央管２の取り出し側においては、単管構造となっている。開口２ｆが設けられており、搬送管１０ｇの開口１７に連通している。

投入管２４から導入管２８内に投入された金属切粉Ｍｅは、正方向のスクリュー３により中央管２の内部に受け入れられて開口２ｂから搬送管１０ａの開口１４に落下する。開口２ｂを通り過ぎてしまった金属切粉Ｍｅは、逆方向のスクリュー３ａにより戻されて開口２ｂから落下する。一方、搬送管１０ｇの小径粉Ｒｅは、開口２ｅにより内筒８ａの内側に落下し、スクリュー９ａにより内筒８ａの端部にまで案内される。このさい、ヒーター２３により小径粉Ｒｅは加熱される。内筒８ａの端部に到った小径粉Ｒｅは、投入管２４から投入された金属切粉Ｍｅに合流される。搬送管１０ｇの金属切粉Ｍｅは、開口２ｆにより中央管２の内側に落下し、スクリュー５により端部にまで案内され、排出管２９のシュート２７に落とされる。

本実施例によれば、金属切粉Ｍｅに付着した油分等を十分に気化させることができ、一方、油分等が気化することにより金属切粉Ｍｅと接触触媒との分別が効率的に行われ、接触触媒の消失を少なくして、循環再利用することが可能である。

上記実施例においては、中央管２から一旦単管構造の搬送管１０ａ、１０ｂを経由して多重管構造の搬送管１０ｃへ金属切粉Ｍｅを送るように構成したが、搬送管１０ａ、１０ｂを省き全部の搬送管１０を多重管構造の搬送管として、中央管２から直接、搬送管１０ｃへ金属切粉Ｍｅを送るようにしても良い。このような変更は、単に、中央管２の開口２ｂを搬送管１０ｃの開口１６に接続するだけで実現出来る。また、上記実施例においては、開口１４〜１９は、搬送管１０の周壁面を貫通する経路として示したが、搬送管１０の底面を貫通するものであっても良い。

１、１００ ロータリーキルン
２ 中央管
３、９、９ａ、スクリュー
４ リング
８、８ａ、１２ 内筒
１０、１０ａ〜１０ｇ 搬送管
１１、１１ａ、１３ 案内体
１４、１５、１６、１７、１８、１９ 開口
２０ チャンバー
２１，３１ ローラー
２３ ヒーター
２４ 投入管
２５ 気体排出管
２６、２７ シュート
２８ 導入管
２９ 排出管
２２，３２ シリンダ

Claims (3)

1. 被処理物を取り入れ排出する中央管と、
   前記中央管のまわりに円周上に多数配置された複数の搬送管とを有し、
   前記搬送管の全部或いは一部は、メッシュ構造を具備した内筒を備えた多重管構造であって、内筒の内壁及び搬送管の内壁に沿って夫々配置され、被処理物を移動させる案内体を夫々有し、
   前記多重管構造の搬送管は、隣合う多重管構造の搬送管の内筒の内部同士がジグザグに縦列に接続され、かつ隣合う多重管構造の搬送管の内壁と内筒の外壁に囲まれた空間同士がジグザグに縦列接続されていることを特徴とするロータリーキルン。
   
2. 請求項１のロータリーキルンにおいて、前記搬送管の一部が前記多重管構造の搬送管であって、前記搬送管の他の一部が搬送管の内壁に沿って夫々配置され、被処理物を移動させる案内体を有する単管構造の搬送管であり、前記多重管構造の搬送管は、前記単管構造の搬送管の後段に接続されることを特徴とするロータリーキルン。
   
   
3. 請求項１のロータリーキルンにおいて、前記中央管は被処理物を取り入れる側に、前記多重管構造の搬送管の内壁と内筒の外壁に囲まれた空間を経由した被処理物を合流させることを特徴とするロータリーキルン。