JP7122098B2

JP7122098B2 - ロータリーキルン用炉芯管

Info

Publication number: JP7122098B2
Application number: JP2017208287A
Authority: JP
Inventors: 隆大米田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2017-10-27
Filing date: 2017-10-27
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2037-10-27
Also published as: JP2019078519A

Description

本開示は、ロータリーキルン用炉芯管に関する。

金属やセラミックス等の原料の熱処理には、加熱炉が用いられる。特に、粉体である原料を熱処理する場合には、焼きムラを生じさせないために、炉芯管を有するロータリーキルンが用いられる。このロータリーキルンは、炉芯管を回転させることで、炉芯管の中に流す原料を攪拌しつつ加熱し、原料を均一に熱処理するものである。

近年では、生産効率の向上のため、大量の原料を同時に熱処理できるように、ロータリーキルンに用いられる炉芯管の大型化が求められている。ここで、大型の炉芯管を一体で作製することは困難であることから、複数の筒体を繋げることで大型の炉芯管とする方法が採用されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１６－４４８５０号公報

複数の筒体を繋げて炉芯管とする場合、組み立て時やメンテナンス時において、筒体同士における対向部位が破損し、破損により発生する破片が原料に不純物として混入してしまうおそれがある。

本開示は、このような事情を鑑みて案出されたものであり、組み立て時やメンテナンス時において、筒体同士における対向部位が破損しにくいロータリーキルン用炉芯管を提供することを目的とするものである。

本開示のロータリーキルン用炉芯管は、筒体が複数連なり、第１端から第２端にわたって延びる管状体である。そして、隣り合う筒体のうち、前記第１端側を第１筒体、前記第２端側を第２筒体としたとき、前記第１筒体と前記第２筒体との対向部位において、前記第２筒体の内径が前記第１筒体の内径よりも大きい。

本開示のロータリーキルン用炉芯管は、組み立て時やメンテナンス時において、筒体同士における対向部位が破損しにくい。

本開示の炉芯管の一例を示す断面図である。本開示の炉芯管の他の例を示す断面図である。

以下、本開示のロータリーキルン用炉芯管（以下、単に「炉芯管」と呼称する場合がある。）について、各図を用いて以下に詳細に説明する。

なお、各図の筒体においては、識別のために数字とアルファベットとにより符号を付しているが、各筒体のみに関する記載を除き、以下の説明では、数字のみを付して説明する
。

本開示の炉芯管１０は、図１に示すように、筒体１が複数連なり、第１端２から第２端３にわたって延びる管状体である。ここで、図１においては、筒体１の個数が４個である例を示しているが、筒体１の個数は複数であればよく、２個、３個あるいは５個以上であってもよいことはいうまでもない。

そして、本開示の炉芯管１０は、隣り合う筒体１のうち、第１端２側を第１筒体、第２端３側を第２筒体としたとき、第１筒体と第２筒体との対向部位４において、第２筒体の内径Ａが第１筒体の内径Ｂよりも大きい。

ここで、隣り合う筒体１とは、図１に示す炉芯管１０によれば、筒体１ａおよび筒体１ｂ、筒体１ｂおよび筒体１ｃ、筒体１ｃおよび筒体１ｄのことであり、第１端２から第２端３への方向において隣り合う位置にある２個の筒体１のことである。

また、第１筒体とは、隣り合う筒体１において、第１端２側に位置する方の筒体１のことであり、第２筒体とは、隣り合う筒体１において、第２端３側に位置する方の筒体１のことである。例えば、筒体１ａおよび筒体１ｂの組み合わせでは、筒体１ａが第１筒体、筒体１ｂが第２筒体である。また、筒体１ｂおよび筒体１ｃの組み合わせでは、筒体１ｂが第１筒体、筒体１ｃが第２筒体である。また、筒体１ｃおよび筒体１ｄの組み合わせでは、筒体１ｃが第１筒体、筒体１ｄが第２筒体である。このように、同じ筒体１であっても、組み合わせによって、第１筒体にも第２筒体にもなりうる。

なお、以下において、図１を用いて説明する場合は、隣り合う筒体１を筒体１ａと筒体１ｂとを対象とし、第１筒体には符号の１ａを付し、第２筒体には符号の１ｂを付す。

また、対向部位４とは、隣り合う筒体１同士において、向かい合っている箇所を示している。そして、対向部位４における第２筒体１ｂの内径Ａとは、第２筒体１ｂのうち最も対向部位４に近い箇所の内径のことである。同様に、対向部位４における第１筒体１ａの内径Ｂとは、第１筒体１ａのうち最も対向部位４に近い箇所の内径のことである。

そして、第２筒体１ｂの内径Ａが第１筒体１ａの内径Ｂよりも大きい構成であることから、対向部位４に内径Ａと内径Ｂとの内径差によって生じる段差ができ、第１筒体１ａと第２筒体１ｂとを繋げる際に、対抗部位４が破損しにくい。よって、このような構成を満足していることで、本開示の炉芯管１０は、組み立て時やメンテナンス時において、筒体１同士における対向部位４が破損しにくく、破損により発生する破片が原料に不純物として混入してしまうおそれが低い。また、この内径差によって生じる段差は、炉芯管１０の内部を第２端３から第１端２への方向に見たときには確認できるが、炉芯管１０の内部を第１端２から第２端３への方向に見たときには確認できないものである。よって、炉芯管１０において、第１端２から第２端３への方向に原料を流せば、原料がこの段差に溜りにくく、円滑に流れることから、原料を均一に熱処理できる。

また、本開示の炉芯管１０は、対向部位４における、第２筒体１ｂの内径Ａと第１筒体１ａの内径をＢとの比Ａ／Ｂは１．０２以上１．１以下であってもよい。このような構成を満足するならば、内径Ａと内径Ｂとの内径差によって生じる段差に原料が溜りにくいため、原料が円滑に流れるとともに、筒体１同士を繋げる際に対向部位４がより破損しにくくなる。

ここで、例えば、対向部位４における、第２筒体１ｂの内径Ａは５０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下であり、第１筒体１ａの内径Ｂは４９ｍｍ以上９８０ｍｍ以下である。また、内
径Ａと内径Ｂとの内径差によって生じる段差の高さは、例えば、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。また、筒体１の肉厚は、例えば、５ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。なお、各筒体１の外径は揃っていてもよい。

また、本開示の炉芯管１０において、１つの筒体１における内径が、図１に示すように、第１端２から第２端３に向かう方向に漸次小さくなっていってもよい。このような構成を満足するならば、炉芯管１０において、第１端２から第２端３への方向に原料を流した際に、原料が均一に攪拌されやすくなり、原料をより均一に熱処理できる。

また、本開示の炉芯管１０は、図２に示すように、対向部位４において、第１筒体１ｅは外周側に凸部に有する段差Ｃを備え、第２筒体１ｆは外周側に凹部を有する段差Ｄを備え、段差Ｃと段差Ｄとが嵌め合わさっていてもよい。このような構成を満足するならば、炉芯管１０に原料を流した際に、対向部位４から原料が炉芯管１０の外部に漏れるおそれが低くなるとともに、組み立て時やメンテナンス時において、筒体１同士における対向部位４がさらに破損しにくいものとなる。

また、本開示の炉芯管１０は、管状体の中心軸に直交する方向の断面において、筒体１の内周形状が円状であってもよい。このような構造を満足するならば、炉芯管１０を回転させた際に、炉芯管１０を流れる原料が均一に攪拌されやすくなり、原料をより均一に熱処理することが可能となる。

また、本開示の炉芯管１０は、管状体の中心軸に沿った方向の断面において、筒体１の内面が曲面であってもよい。このような構造を満足するならば、筒体１の内面に原料が付着しにくくなり、原料をより円滑に流すことができる。

また、本開示の炉芯管１０における筒体１は、どのような材料で構成されていてもよいが、セラミックスから構成されているならば、耐摩耗性や耐熱性等に優れたものとなるとともに、原料へのメタルコンタミネーションが発生するおそれを減らすことができる。

ここで、セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックスまたはコージェライト質セラミックス等が挙げられる。特に、セラミックスの中でも、酸化アルミニウム質セラミックスからなるならば、他のセラミックスに比べて安価であるとともに、高い機械的特性を有することから、亀裂や破損の発生が少なく、長期間の使用が可能となる。

例えば、酸化アルミニウム質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち、酸化アルミニウムを７０質量％以上含有するものである。そして、本開示の炉芯管１０における筒体１の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて、筒体１を測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値よりＪＣＰＤＳカードを用いて同定を行なう。次に、蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いて、含有成分の定量分析を行なう。そして、例えば、上記同定により酸化アルミニウムの存在が確認され、ＸＲＦで測定したＡｌの含有量から酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）に換算した含有量が７０質量％以上であれば、酸化アルミニウム質セラミックスである。なお、他のセラミックスについても同様である。

次に、本開示の炉芯管１０の製造方法の一例について説明する。なお、以下では、筒体１が酸化アルミニウム質セラミックスからなる場合について説明する。

まず、主原料であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末に、焼結助剤、バインダ、溶媒および
分散剤等を添加して適宜混合して、スラリーを作製する。次に、このスラリーを噴霧造粒（スプレードライ）法にて造粒し、顆粒を作製する。そして、この顆粒を静水圧プレス成形（ラバープレス）法や粉末プレス成形法等にて成形し、筒体１となる成形体を複数得る。ここで、第２筒体となる成形体の内径Ａが、第１筒体となる成形体の内径Ｂよりも大きくなるように成形するか、成形後に切削加工を施しておく。

その後、各成形体を、焼成炉にて大気雰囲気中１５５０℃以上１７００℃以下の焼成温度で焼成することで、筒体１を得る。その後、必要に応じて研削加工を施した後、各筒体１を繋げることで、本開示の炉芯管１０を得る。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ：筒体
２：第１端
３：第２端
４：対向部位
１０、１０ａ、１０ｂ：炉芯管

Claims

筒体が複数連なり、第１端から第２端にわたって延びる管状体であり、隣り合う筒体のうち、前記第１端側を第１筒体、前記第２端側を第２筒体としたとき、前記第１筒体の端面と前記第２筒体の端面とは対向しており、前記第１筒体と前記第２筒体との対向部位において、前記第２筒体の内径が前記第１筒体の内径よりも大きいロータリーキルン用炉芯管。
前記対向部位において、前記第２筒体の内径と前記第１筒体の内径との内径差によって生じる段差を有している請求項１に記載のロータリーキルン用炉芯管。
前記対向部位において、前記第２筒体の内径をＡ、前記第１筒体の内径をＢとしたとき、比Ａ／Ｂは１．０２以上１．１以下である請求項１または２に記載のロータリーキルン用炉芯管。
１つの前記筒体における内径が、前記第１端から前記第２端に向かう方向に漸次小さくなる請求項１～３のいずれか一つに記載のロータリーキルン用炉芯管。
前記対向部位において、前記第１筒体は外周側に凸部を有する段差Ｃを備え、前記第２筒体は前記外周側に凹部を有する段差Ｄを備え、前記段差Ｃと前記段差Ｄとが嵌め合わさっている請求項１～４のいずれか一つに記載のロータリーキルン用炉芯管。
前記管状体の中心軸に直交する方向の断面において、前記筒体の内周形状が円状である請求項１～５のいずれか一つに記載のロータリーキルン用炉芯管。
前記管状体の中心軸に沿った方向の断面において、前記筒体の内面が曲面である請求項１～６のいずれか一つに記載のロータリーキルン用炉芯管。
前記筒体は、酸化アルミニウム質セラミックスからなる請求項１～７のいずれか一つに記載のロータリーキルン用炉芯管。