JPH03500921A - 低温キルン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 低温キルン 紅ｌ立１」 分野二本発明はキルン（窯炉）に関するものであり、炭素を再活性化するための 比較的低温のキルンに向けられている。

技術の現状：様々なタイプのキルンが用いられており、ライニングを施したキル ンは非常な高温で用いられ、石灰石のような物質から水和した水などの湿り気を 追い出す。活性化された炭素は、使用後、直火式てなく、ライニングされていな い再活性化用の回転キルンにより再利用されることが多い。こうしたライニング されていないキルンは、相対的にずっと低温で使用される必要がある。

典型的な回転キルンの可動部分、即ち回転外殻、トラニオンおよびスラストロー ル部、駆動部（モータ、レデューサ、ギヤあるいはチェーンおよびスプロケット より成る）、トラニオンロール部および筒尾密閉は、注油や心合わせの調整や摩 耗やゆがみに由来する部品交換などの保全作業を必要とする。

炭素の再活性化に用いられる回転キルンは、一般的には直径およそ０．５１〜０ ．７６メートル、長さおよそ６．１−４０．７メートルである。こうしたキルン の一部のものはずっと大きく、直径１．５２メートル、長さ１８．３メートルに なる。いずれにせよこうしたキルンはかなりの建造容積を占め、しかも回転外殻 の交換に備えて、その外殻を固定したおおい位置から取りはずすための空いたス ペースがキルンに並んで必要になる。

え」Ｌ立１ 本発明は、粒状の物質、特定的には１り素を加熱することに特に用いられるキル ンな提供する。その構造と動作は、従来のキルンとはかなり異なる。その構造に より物質が東方によって移動するようになり、それにより回転キルンに特徴的で ある可動部分をなくすことができる。そのキルンは、現在炭素の再活性化に用い られているライニングを持たない回転キルン中で通常保たれている温度より高い 湿度で作動することができる。このより高い温度は炭素を再活性化する本発明の 方法に寄与するものである。

本発明のキルンは金属てつくられ、殆どの場合、加熱域において耐熱ライニング なしで作動する。該キルンは、外部空間をほぼとりまい゛Ｃ画成する壁を持つ、 金属製で中実の壁で構成される容器を持つ。その外部空間はキルンの加熱域を形 成している。中実な壁を持つ区画部材（ないし「核」）が内部空間内に往復自在 に取り付けられている。

該区画部材と該容器壁とが、その間にほぼ輪状の加熱域を画成する。往復自在に 取付けられているため１区画部材は、キルン内で処理される物質か、さもなくば キルン自身を構成する物の熱的膨張により生ずる力に対応して、上あるいは下に 自由に移動する。該容器と該核は、別々に分離して吊るされるように支えられ、 輪状の加熱域の内側の壁および外側の壁が自由に膨張、収縮できるようにする。

圧！Ｉｄ応力はこのようにして防止される。

容器壁を決められた温度に加熱する加熱手段は、容器の外側に取り付けられる。

一つの実施例では、こめ加熱手段は複数の電熱コイルてあり、容器壁をとりまく 複数の輪状のコイルという形で配置される。好適にはコイルは該容器壁の下部付 近に位置し、それにより該下部がコイルによって熱せられ、容器壁の上部は容器 壁下部からの熱伝導により大部分熱せられる。容器壁と区画部材は１通常の場合 およそ１０００”Ｆを越えるが、容器壁および区画部材を構成する物質の軟化点 よりは下の高温まで熱せられる。このようにして輪状の加熱域は決められた反応 温度まで熱せられる。炭素の反応温度の８１６°Ｃの高さが実際的ではあるが、 より一般的には、炭素を再活性化するための稼動湿度は、およそ５９３℃〜６７ ７℃の範囲に設定される。

輪状の加熱域は容器頂部の人口開口部および容器底部の出口開ｒ３部を除いて密 閉されている。密閉されているために、加熱域は再活性化の間にその内部て発生 した気体、即ち水蒸気を内部に閉じ込める。これらの気体の存在は再活性化プロ セスを促進する効果を及ぼすことが知られており、プロセスの速度を多大に増加 させる。従来の再活性化プロセスおよび技術は再活性化の間に１粒状物質の集団 の中に水蒸気あるいはその他の気体を注入する必要があったのに対し、本プロセ スはそのような必要をなくしている。

粒子状の物質の容器の頂部への導入およびその物質の容器の底部からの排出を制 御された速度で行い、頂部に導入された物質が決められた滞留時間て加熱域を重 力によって下降するようにする諸手段か備えられている。一つの実施例では、こ の導入手段は加熱域の上方に取り付けられた供給室を含み１粒状物質は重力のも とに供給室から加熱域へと流れる。供給室は粒状物質か加熱域に入る前に、輪状 加熱域の壁から粒状物質に熱を伝える熱伝達構造物を、望ましくは収蔵している 。その場合供給室は粒状原材料の湿潤レベルを所望の範囲に調節する乾燥域をも たらす。炭素の場合、一般的にその不活性形態においてはおよそ３０〜４０％の 水分を含むが、加熱（再活性化）域に導入する以前に物質を水分の重量パーセン トをおよそ１０〜２０％に乾燥することが望ましいと考えられている。この水分 量は加熱域において炭素の再活性化を促進するのに適当な水蒸気を発生するが、 この促進はおそらく炭素粒子の細孔を清掃することおよび加熱域内での還元雰囲 気の存在を確保することによってなされると思われる。

適切な熱伝達法の一つの例として、輪状加熱域内に位置する区画部材（核）の一 部の上に、外側に向かって伸びるいくつかのフィン（ｆｉｎ）を持つ構造物を取 り付けてもよい。フィンは粒状物質を加熱域に供給する供給室の中に広がるよう になっている。フィンは金属構造物であり、空間部材の熱せられた壁による熱伝 導で加熱される。フィンは供給室内で熱を粒状物質に伝えることにより、予備加 熱手段として機衡する。同様のフィンが容器壁から供給室に伸びるようにしても よい。

炭素はキルン内でおよそ６４９℃および滞留時間およそ４分の１ないし２分の１ 時間て、効果的に再活性化される。加熱域は稼動中制止したままである（膨張を 除いては）。したがって本発明の装置は「静止キルン」と看做してよい。

本発明のキルンの好適な実施例は上述された容器の囲いを備えている。この囲い は実質的に容器壁および供給室をとりまくブレナム（ｐｌｅｎｕｍ）を画成する ように構成されている。加熱手段即ち電熱コイルはこのブレネム内に位置する。

電力がコイルに供給されると容器壁と供給室は、対流および放射によって熱せら れる。ブレナム内における加熱用型？＋線の配置の詳細は、粒状物質が加８誠を 下降する際に必要な熱量および許容できる、または望ましい温度勾配に依存する 。大きな勾配はたやすく防止される。典型的な例では、コイルは容器壁の下部域 のすぐ近くのブレナムの下部に置かれる。その場合下部域は当然、容器壁の上部 域あるいは供給室よりも多くの熱を吸収する。熱せられた容器壁は加熱域内で粒 状物質に熱を伝達する。熱せられた物質が今度は区画部材に熱を伝える。容器壁 の下部域は最大の熱吸収を示すので、区画部材の最底区画は、従って最もよく熱 せられる。これらの金属構造物の高い熱イ云導性により、熱はたやすく輪状加熱 域の高さ方向上方に伝えられる。この現象により、区画部材はその上部に近接す る粒状物質を実際に熱するが、それに対して、加熱域の下部区域に粒状￥ＪＲ質 かやフて来るとそれから熱を吸収する。熱源な区画部材（核）自身の中に置き、 輪状加熱域の内壁の温度を所望の高さにすることも考えられる。前に述べたよう に加熱域の内壁、外壁の最上部に複数のフィンを取り付けてもよく、それらのフ ィンはキルンの供給室内にある粒状物質に区画部材および容器から熱を伝えるた めの拡張された熱伝達面域となる。

原ｔＦ４物質を容器頂部に導入するための様々な手段が実際上あるか、この物質 を供給室に導入する前に：ｆ−備的な加熱および／または乾燥を行うようにした 構造物を、キルンに取り付けることが望ましいことか多い。多くの場合、炭素を 再活性化するのに必要な全熱量の事実上半分以上は、原料物質の過多な水分を除 去するためのものである。様々なホッパーやコンベヤ装置を考えることができる 。

本発明のあるい〈フかの実施例は、供給室と煙突の間に移行室を備えている。移 行室は粒状物質の乾燥および／または再活性化が行なわれる際に粒状物質から追 い出される水分および気体を集める働きをする。粒状物質を移行室を経由して供 給室に導入してもよい。移行室により集められた気体を、大気中へ出すために煙 突に送る前に、あらかじめ燃焼ないしその他の処理をすることかのぞましい場合 か多い。このようにしてつくり出された熱は粒状原料物質の乾燥に利用し得る。

伝導ないしその他の熱伝達手段により、供給室内の温度は、加熱域からの熱伝達 手段による場合に得られるであろう温度よりもかなり高く（即ち７０４〜８１６ ℃）保たれることがてきる。

区−面一の一説一男 発明を実施するための最良の形態とここて看做されるものを説明する図面におい て。

第１図は本発明の静止キルンの１つの実施例を示す、部分的に断面図である横の 立面図、 第２図は、第１図の装置の、第１図の線２−２に沿って矢印の方向から見た断面 図、 第３図は、キルンの中心核（区画部材）の部分の立面図である。

Ｅバされた　の＝　な； 図面の第１図は、全体として番号１０で指示される本発明の静止キルンな表す。

キルン１０は金属てつくられている外側の囲い１２を持つ。囲い１２は中空で円 筒形であり、乎面状の円形の床１４を含み、その床の上には輪状に上に伸びる側 壁１６が据え付けられている。床１４と側壁Ｉ６は互いに密閉的に取り付けてあ り、気密に結合している。囲い１２の中空内部１８内に、中空の容器２０が置か れている。容器２Ｇは、端の開いた円筒の形をした輪状の金属壁２２より成る。

容器２０の底部には、同様に中空のじょうご状延長部２４が取り付けられている 。じょうご状延長部は逆さにした円すい台様の形をしている。延長部２４と容器 ２０は、一体であるかあるいは密閉的に接合されている。延長部２４と容器２０ は両方とも中実な壁ででさている。つまｒ）両構造物は壁に孔を持たない。した がって物質が一度容器２０頂部に導入されたなら、物質は容器２０の開口頂部か 、そうでなければ延長部の頂部につくられた開口２８からしか出ることができな い。容器２０の開口頂２６に延長部２４と類似して逆さにした円すい台の形をし た入口しょうご３０が取り付けられている。このしようご３０がキルンに対する 供給室となっている。じょうご３０は中実の側壁から成り、容器２０にその開口 端２６のところで密閉的に接合されている。じようご３０は、外壁１６に対して はその上端に密閉的に位置している。じょうご状延長部２４は、床１４の穴３１ を貫通して支持されている。図示されている版型のセラミック断熱材の層のよう な断熱材３３が、囲い１２の底部を占めている。この断熱材３３は容器２０の重 みで圧せられ、延長部２４と床１４の間て穴３１を密閉している。この装置は容 器２０の壁か圧縮力を生み出すことなく自由に膨張、収縮できるようになってい る。容器２０の壁はつねに張力を持った状態にある。じょうご状延長部と囲い１ ２および容器２０の中実壁構造物と２つのじょうご状延長部の間の密閉関係のた めに、容器２０の内部３２．２つのじょうご状延長部２４および３０それぞれの 内部３４および３６内にある物質あるいは気体から効果的に密閉的に隔絶されて いる。

囲い１２の内部１８内に、複数の通電された加熱コイルがある。これらのコイル はほぼ輪状の形をしており、容器２０をとりまくように配置される。第１図に示 されているように、コイル３８は容器２０の下部区域に近接して取り付けられて いる。必要であれば、コイル３８は容器２０の高さ全体に沿って鐙かれてもよい 。コイル３８は様々な電源に対応できるようにされたワイヤの回路構成４０につ ながれており、それによってコイルの温度の制御が容易になる。図に示されてい るように該回路構成は被覆４４によって断熱されており、該回路構成の熱的損傷 が防止されている。核、即ち不透性の区画部材４８か容器２０の内部３２内に吊 されている。８３図はこの区画部材４８を詳しく表す。区画部材４８は円筒形の 部分５０．複数の下部区画部材５２、複数の上部区画部材５６、円すい状の閉鎖 部材５８、および複数のフィン６０を持つ。図に描かれているように、各々のフ ィン６０は上部区画部材５６と一体をなしている。上部５６および下部５２区画 部材は容器２０の内部３２において核４８がほぼ垂直で軸に沿った状態を保つよ うにする。区画部材５２．５６は核４８と容器２０の両構造物が膨張あるいは収 縮するときに、核４８が容器２０に対して相対的に動くことを除いて、核の適切 な配置を保つ。

部分５０は、一般的に直円柱状の外形を持つ中空の金属製部材である。部分５０ の側壁６２および円形の底面６４は、中実な壁ててきている。部分５０の直径６ ６は、容器２０の内部３２の直径よりも小さな寸法をしており、そのことによっ て部分５０を内部３２内に置いたときに、容器２０と部分５０の間に輪状に立上 がった隙間６８か形成される。ここにおいて部分５０と容器２０の両方は直円柱 状の形をしている０輪状の隙間６８はその高さ全体にわたって実質的に同じ寸法 である。部分５０は自身を伝わる高い熱伝導度を持つ金属でつくられる。

第１図および第３図に示されているように、上部区画部材５２は部分５０から外 側に伸びるうすい平なパネルである。各区画部材は垂直に伸び、上方から、即ち フィン６０の方向から、見たそれぞれの区画部材の見かけが小さくなるようにな っている。この小さくされた見かけは、キルンて処理される物質か隙間６８を下 方に流れていくことにおいて望ましいことである。該隙間に配された各区画部材 は上述の波れに対して障害となり得る。したがって、好適な実施例においては、 比較的少ない（典型的には３ないし４つ）の支持部材５２が用いられる。

上部区画部材５６は下部区画部材５２と同様の構造をしている。部材５６は部分 ５０の上方区域に接して位置し、そこから外側に伸びている。それらはうすい平 なパネルであり、容器２０の側壁２０に殆ど接するような長さて外側に伸びてい る。部材５６も隙間６８内に位置するので、隙間６８内の流れを妨害しないよう に、たてに向けられることが望ましい。部材５２および５６は、溶接によって核 ４８の側壁に固定されているか、上部部材はフィン６０とは独立して示されてい る。

複数の金属製支持フィン６０は核５８および核の延長部６１に取り付けられてい る。各々のフィン６０は平なパネルてあり、垂直に立てた向きを向いている。フ ィン６０は部分５０により吸収された熱を受け取るようになっておリ、その熱を 円すい状の供給室内にある粒状物質に向ける。

キルンはいくつかの温度モニター装置７０を備えることかできる。典型的な実施 例ては、この装置７０はありふれた熱電対でよい。第１の熱電対７０Ａは、キル ンの加熱域３７の上方に置かれる。それは加熱域３７内て処理される粒状物質３ ９の温度を計るようにされている。第１の熱電対７０Ａは核の延長部６１を通っ て、区画部材（核）４８の中空の内部へと伸びるセンサ７３を含む。センサ７３ は区画部材４８の中実の壁内の穴を通って伸びてもよい。センサ７３は温度計測 したい場所に応じて、様々な所に置かれてもよい。たとえばセンサ７３は部分部 材５０に沿って置かれてもよいし、もしくは区画部材４８の床６４を貫いて伸び 、加熱域から出てきた粒子の温度を計るようにしてもよい。

そうでなければセンサ７３は核４８の内部に吊されている加熱用電熱線に対する 。温度限界センサとしてもよい。

熱電対７０Ｂはコイル３８のうちの１つの表面上にあるいはその近くに置かれた センサ７５を持つようにできる。熱電対はそのようにして、コイル３８の表面温 度をモニタし制御てきよう。

熱電対７０Ｃは、中空の内部空間１８内へと伸びるセンサ７７を持つ。１つの実 施例では加熱域３７を画成する壁２２上ないしその近くにこれらのセンサが置か れ、該壁の温度のモニタおよび制御に利用することができる。

熱電対はそれぞれ電子制御パネル７９につなぐようにでき、その電子制御パネル は、種々の熱電対の指度な受け取り、コイルに送る電流を制御して、加熱域３７ 内の所望の温度を保つようにつくられている。輪状の壁２２が区画部材と共にそ れらの間に加熱域３７を画成している。

セラミッククールの断熱材８０がキルンからの熱損失を防止する必要性から配さ れている。

排出口２８を通っての排出速度をモニタし、制御する様々な排出機構が考慮され る。図示された装置８１は、底部プレート８２上に集まった物質の静止角度を変 える。この手段により、排出速度は広い範囲で正確に制御できる。

第２図について述べると、複数の放射状の羽根８５が容器２０の壁３０から内側 に出ているところが示されてし）る。これらの羽根８５は、フィン６０と同じよ うに壁３０から供給室３６の内部に熱を運ぶようになっている。

ここに描かれた実施例の細部への言及は、付随する請求の範囲の領域を限定する ことを意図するものではなしＡ。

Ｆｉｇ、／ Ｆｉｇ、２ Ｆｉｇ、３ 手続補正書 平成　２年　５月２５日

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．内部空間を突質的にとり囲み、それによって加熱域を画成する内壁を持つ金 属製の容器体と、前記内壁を前記内壁の軟化点より下の決められた温度まで加熱 するための加熱手段と、 前記内部空間内に往復自在に取り付けられ、前記内壁と連合しておよそ輪状の加 熱域をそれらの間に画成する区画部材と、 粒状の物質を前記容器の頂部から導入するための、および前記物質を前記容器体 底部から排出するための手段であり、そこにおいて頂部に導入された物質が決め られた時間で加熱域中を下降していくような手段と、 前記区画部材が前記内部空間内で、熱的な膨張ないし収縮に応じて動くことがで きるように取り付けられていること、 とを含むキルン。
2. ２．前記加熱手段が前記容器体内の前記内壁付近に配置された、電力による加熱 コイルを含む請求項１によるキルン。
3. ３．前記加熱コイルが前記内部空間の底部付近から、前記内部空間のおよそ３分 の２の高さまで上に伸びているような、請求項２によるキルン。
4. ４．前記区画部材がその頂部付近に取り付けられた複数のフィンを持ち、前記フ ィンは前記区画部材から前記容器体の頂部付近に位置する粒状物質へと、前記粒 状物質の前記加熱域への導入に先立って、熱を伝えるような請求項１によるキル ン。
5. ５．前記内壁から前記粒状物質へと熱を伝える手段となる、前記内壁から伸びる 複数のフィンを持つ請求項４によるキルン。
6. ６．前記空間部材が前記内部空間内で上方にまた下方に往復自在に取り付けられ ている請求項１によるキルン。
7. ７．前記内壁が熱的膨張に応じて下方に膨張できるように吊されている請求項６ によるキルン。
8. ８．前記区画部材がその上に取り付けられた外側にのびる延長部材を持ち、前記 延長部材が前記壁に接するように位置して、前記区画部材を前記内部空間内で直 立するように支えるような請求項１によるキルン。
9. ９．外壁および内壁を持ち、前記外壁と前記内壁が中空の囲われた室を画成し、 前記内壁が実質的に直立した円筒の上に逆さにした円すい台をのせた形を持つ内 部空間を画成するような、金属製の囲いと、前記室内に置かれた複数の電気的な 加熱コイルと、前記内部空間に吊された中心核で、前記核が円筒形の部分と、前 記円筒形部分の下部から外側にのびる複数の第１の区画部材と、前記円筒形部分 の上部から外側にのびる複数の第２の区画部材と、前記円筒形部分の頂部に取り 付けられ前記内部空間の前記円すい台形の部分内へと外側にのびるような寸法の 複数の平なフィンとを持ち、前記第１の区画部材および第２の区画部材が前記内 部空間内で前記核をほぼ垂直に保つための手段となり、前記円筒形領域と前記内 壁とが連合して輪状の加熱域を画成し、前記内部空間がその頂部付近に、粒状物 質を前記加熱域に導入するための第１の予備加熱域を含み、また前記内部空間は その底部付近に物質を加熱域から排出するための排出口を含む、ような中心核と 、 前記加熱コイルが、前記内部空間を加熱し、また前記核を間接的に加熱するよう に作られており、それによって熱が前記核から前記フィンヘと伝えられて、前記 内部空間の前記円すい台形の部分内にある粒状物質を、前記粒状物質の前記輪状 加熱域への導入に先立って予熱することと、 前記核が熱的に惹起された膨張に応じて前記内部空間内で垂直に往復するように 作られていること、より成るキルン。
10. １０．複数の放射状のフィンが前記内壁から前記円すい台形の部分内へと内側に のび、それによって前記内壁から前記円すい台形の部分内にある粒子状の物質に 熱を伝えるような請求項９によるキルン。
11. １１．前記核の前記円商状の部分が前記区画部材から前記内壁に向かって外側に のびる複数の第２の支持伸長部を含み、それにより前記核が前記内部空間で直立 する方向で安定するようにした請求項９によるキルン。
12. １２．前記核の前記円筒状部分の高さが、前記内部空間の前記円筒状部分の高さ とほぼ等しいような請求項９によるキルン。