JP2009041892A

JP2009041892A - 連続式焼成炉

Info

Publication number: JP2009041892A
Application number: JP2007210660A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Maki; 孝一郎槇; Haruo Ishikawa; 治男石川; Katsuya Kase; 克也加瀬; Riyuuichi Kuzuo; 竜一葛尾
Original assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date: 2007-08-13
Filing date: 2007-08-13
Publication date: 2009-02-26

Abstract

【課題】原料より発生した反応生成ガスを速やかに排気すると共に、焼成に十分な反応ガスを原料に供給することができ、焼成不良を防ぐことが可能となる連続式焼成炉を提供する。
【解決手段】反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される匣鉢５内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の吸引ノズル８と、吸引ノズルの上端部が開口して連通する吸引パイプ９とを有する。あるいは、複数の反応ガス供給ノズルと、反応ガス供給ノズルの上端部が開口して連通する反応ガス供給パイプとをさらに有し、反応ガス供給ノズルおよび吸引ノズルは、交互に並べて配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の容器内に充填された原料を連続的に焼成する連続式焼成炉に関し、特に、原料より発生する反応生成ガスの排気に関する。

図４に、従来の連続式焼成炉を概略的な縦断面図で示す。

連続式焼成炉（１）は、耐火レンガなどの耐熱材料でできた天井、側壁および炉床からなり、匣鉢などの容器（５）内に充填された原料を搬送しつつ、焼成可能なように、筒状のトンネル形状を有している。炉内には、反応ガス供給管（２）、加熱手段（３）、搬送手段（４）、および仕切り手段（７）が配置され、また、炉の上部には排気筒（６）が備えられている。

原料が充填された複数の匣鉢（５）は、搬送手段であるベルトコンベアまたは搬送ローラ（４）の上に、搬送方向に対して横に数列に並ベられて載せられ、搬送される。一般には、原料は、搬送方向にしたがって、搬入口側より、予熱、焼成、徐冷の順に処理され、製品（焼成品）として、搬出口より炉外に搬出される。

加熱手段であるヒータ（３）は、匣鉢（５）の上方および下方に、搬送方向に対して等間隔に配置されて、上方および下方からの輻射により匣鉢（５）の中の原料の温度を、昇温および降温させる。この際、匣鉢（５）の中の原料の温度が、所定位置で、所望の温度プロファイルとなるように制御され、上記の予熱、焼成および徐冷の各処理が適切に行われる。

反応ガス供給管（２）は、少なくとも、焼成および徐冷の処理がなされる位置において、ヒータ（３）の上方に配置され、焼成に必要な量と、焼成時に生成される反応生成ガスを外部へ排出するために必要な量との合計の反応ガスを、炉内に吹き込むように制御される。

反応生成ガスの排出は、特許文献１〜４に記載されているように、反応ガス供給管（２）を通じて炉内に供給された反応ガスにより、原料の表面から不要な反応生成ガスを押し流すガス流を、搬出口側から搬入口側に向かって生成し、予熱の処理がなされる搬入口側に設けられた排気筒（６）から排気させて、炉外へ放出する。

しかし、内部のガス流は、必ずしも層流にはならず、また、排気筒（６）に到達しても、排気筒（６）の開口の寸法によっては、全てが排気されず、排気されなかったガスは、再度、炉内を循環することになる。このようなガスの循環流が生じ、原料の表面に到達すると、該ガス中の反応生成ガスが原料を汚染する。特に、反応生成ガスを含むガスが、搬出口側に向かって流れることにより、逆反応などにより、焼成の終わった製品を汚染すると、製品の性能を劣化させるという問題がある。

性能を劣化させるもう一つの原因として、焼成が十分に行われない焼成不良がある。焼成不良は、原料に対する反応ガスの供給不足により生じるが、反応ガスの供給不足の原因は、反応生成ガスの分圧の増加にあることが、本発明者による小型焼成炉の実験により明らかになっている。

例えば、原料内に結晶水（水分子）が含まれている場合、連続式焼成炉の炉内で、１００℃の温度に初めて到達する区間において、原料内に含まれる結晶水が蒸発する。この際、大量に発生した水蒸気が原料の表面に留まっていると、反応ガスの分圧が下がり、焼成が進まなくなり、焼成不良となる。

このように、従来の連続式焼成炉では、原料の表面から水蒸気などの反応生成ガスを取り除き、炉外へ排出することが十分にはできず、原料の内部、特に原料の底の部分の焼成が十分に行われないという問題がある。

このような問題に対して、原料の底の部分の反応生成ガスが拡散のみによって表面に移動することを考慮して、全ての反応生成ガスを取り除くために、搬送速度を落とすことが考えられる。しかしながら、この場合には、焼成時間を長くすることが必要となり、生産効率が悪くなるという問題がある。
特開平７−１９０６２７号公報特開平５−１７２４６５号公報特開平１−１３０３２号公報特開昭６０−１２５５３号公報

本発明は、原料より発生した反応生成ガスを速やかに排気すると共に、焼成に十分な反応ガスを原料に供給することができ、焼成不良を防ぐことが可能となる連続式焼成炉を提供することを目的とする。

本発明の連続式焼成炉は、反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される容器内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の吸引ノズルと、該吸引ノズルの上端部が開口して連通する吸引パイプとを有する。

あるいは、反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される容器内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の反応ガス供給ノズルおよび複数の吸引ノズルと、該反応ガス供給ノズルの上端部が開口して連通する反応ガス供給パイプと、該吸引ノズルの上端部が開口して連通する吸引パイプとを有する。

さらに、前記反応ガス供給ノズルおよび前記吸引ノズルは、交互に並べて配置されることが望ましい。

本発明により、原料より発生した反応生成ガスを速やかに排気すると共に、焼成に十分な反応ガスを原料に供給することができ、焼成不良を防ぐことが可能となる。

吸引ノズルは、原料の粉末を吸引しないように細くし、かつ、本数を多くすることにより、原料の表面から発生した反応生成ガスのみを効率よく排気することが可能となる。

さらに、反応生成ガスを局所的に速やかに排気することにより、焼成が滞ることなく進行し、焼成不良のない製品を製造することが可能となる。また、反応生成ガスを十分に取り除くために、焼成時間を長くする必要がなくなることから、コスト削減の効果を得ることもできる。

また、反応生成ガスの拡散が抑えられることから、製品の汚染を防ぐことができるという効果も得られる。

本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の連続式焼成炉の一実施例において、一部区間を示す縦断面図である。図２は、図１の連続式焼成炉において、搬送方向に垂直な断面を示す縦断面図である。

本発明の連続式焼成炉は、反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される容器（５）内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の吸引ノズル（８）と、吸引ノズル（８）の上端部が開口して連通する吸引パイプ（９）とを有する。

容器（５）としては、一般に匣鉢が用いられるが、その他、耐熱性のトレーなども用いうる。

図示した例では、吸引パイプ（９）は、ＳＵＳ製のパイプ状であり、一端には、ＳＵＳ製の吸引ノズル（８）がマトリクス状に開口して連通する底部を有する。具体的には、シャワーヘッドのような円錐形状を有し、該円錐形状の底板に吸引ノズル（８）の上端部が開口している部材を吸引パイプ（９）の下端部に取り付ける。しかしながら、複数の吸引ノズル（８）と吸引パイプ（９）とが連通していれば、他の任意の構造をとり得るし、これらを一体的に形成してもよい。

吸引ノズル（８）は、原料の粉末を吸引しないように細くする。具体的には、吸引ノズルの内径を１ｍｍ〜５ｍｍ程度、長さを５０〜１００ｍｍ程度とする。一方、吸引パイプ（９）の大きさは、具体的には、内径５０〜１００ｍｍ程度、長さ８００ｍｍ程度とする。

なお、吸引ノズル（８）の配置は、搬送方向に垂直な一列であっても構わない。さらに、吸引ノズル（８）は、下端の開口が、匣鉢（５）の上面よりわずかに上方に位置するように、吸引パイプ（９）の位置を調節して配置する。吸引ノズル（８）の下端開口が匣鉢（５）の上面、すなわち匣鉢（５）の原料に近づきすぎると、ガスのみならず原料である粉末をも吸引してしまうおそれがある。一方、これらの距離が離れすぎると、吸引効果が減少してしまう。具体的な配置は、炉の大きさや構造、吸引ノズル（８）の数、吸引ノズル（８）と吸引パイプ（９）を通じて吸引する吸引ポンプの能力などによって適宜調整される。ただし、匣鉢の搬送時のがたつき、匣鉢の寸法精度、原料の投入量のばらつき、特に層厚のばらつきを考慮すると、少なくとも５ｍｍ以上の間隔を設けることが必要である。

吸引パイプ（９）の他端は、連続式焼成炉の外部に設置した吸引ポンプ（図示せず）に接続する。

これらの設置は、炉を製作した後では炉壁を加工する必要があり困難であるため、炉を製作する段階で設置する。

この吸引パイプおよび吸引ノズルは、反応生成ガスが発生する区間に配置する。この区間は、具体的には、原料の温度が８０℃〜２００℃に熱される区間である。かかる区間は、炉の構造や原料、ヒータの配置、調整などによって、適宜変動するものであるが、操業条件等を定めるときに、操業例を参考にして適切に決定しうる。この区間は、焼成反応に達することがあるが、排気筒により炉内のガスが排出されるため、吸引パイプおよび吸引ノズルは、焼成反応域に配置すれば十分であり、別に予熱域に配置してもよい。

反応ガス供給管からのガス供給量は、炉内の場所（焼成反応域、徐冷域）によって異なり、１本あたり、２〜１０ｍ³／ｈ、吸引ノズルからの反応ガスの排出量は、焼成反応に必要な量（原料モル数の１／４以上のモル数に対応する量）よりも少なくなるようにする必要ある。反応ガス供給管から吸引ノズルと原料の間に流れる反応ガスは、吸引ノズルによって一部は排出されるが、焼成反応のために原料内に拡散していく。それ以外のガスは、炉内を排気筒に向かって流れ、その流れによって吸引ノズルで吸引されなかった反応生成ガスを排気筒に移動させる。

あるいは、図３に、搬送方向に垂直な断面を縦断面図で示した異なる実施例のように、ＳＵＳ製の複数の反応ガス供給ノズル（１０）と、反応ガス供給ノズル（１０）の上端部が開口して連通するＳＵＳ製の反応ガス供給パイプ（１１）とをさらに有し、反応ガス供給ノズル（１０）と吸引ノズル（８）とを、交互に並べて配置する。このように配置することにより、焼成に十分な反応ガスを原料に供給することができると共に、原料より発生した反応生成ガスを速やかに排気することができて、焼成不良を防ぐことが可能となる。

（実施例１）
本発明の実施例１に係る連続焼成炉は、図１および図２に示す態様を適用したものである。実施例１では、この連続焼成炉（１）として、耐火レンガ製の天井、側壁および炉床からなり、方形に対して上辺が円弧状に膨れた、いわゆるカマボコ状の断面を有する筒状のトンネル炉を用いた。この炉の内寸は、幅１７５０ｍｍ×最大高さ８８０ｍｍ×長さ１８００ｍｍ×２１区間であった。

搬送装置としては、多数のローラを備えるローラコンベア（４）を用いた。

炉の搬出口側と中央部の上部に反応ガスを供給するための２つの反応ガス供給管（２）および炉の搬入口側の天井部に炉内のガスを炉外に排出するための排気筒（６）を設置した。

また、ローラコンベア（４）の上下に、炉の長手方向に４５０ｍｍ間隔で赤外線ヒータ（３）を配置した。

この実施例では、原料として、水酸化リチウムＬｉＯＨと酸化ニッケルＮｉＯを用いた。反応生成ガスとしては、水蒸気を想定した。炉の搬入口と中央部の中間部付近において、原料の温度が８０℃〜２００℃となるように、ヒータなどの出力を調整した。

原料は、３００ｍｍ×３００ｍｍ×６０ｍｍの匣鉢（９）に収容し、この匣鉢（９）を炉の幅方向に５列に並べ、順次、ローラコンベア（３）で搬送した。

本実施例の連続式焼成炉においては、この原料の温度が８０℃〜２００℃となる区間、具体的には、搬入口から８００ｍｍの位置に、ＳＵＳ製で、外径１００ｍｍ（厚さ３ｍｍ）のパイプ状であり、一端には、長さ５０ｍｍ、外径２ｍｍ（厚さ０．５ｍｍ）の吸引ノズル（８）が、中心間隔４ｍｍで８×８列のマトリクス状に開口して連通する底部を有するＳＵＳ製の吸引パイプ（９）を、原料表面のほとんどを覆う範囲にマトリクス状に並べて配置した。

さらに、吸引ノズル（８）は、下端の開口が、ＳＵＳ製の匣鉢（５）の上面より１０ｍｍ上方に位置するように、吸引パイプ（９）の位置を調節した。また、吸引パイプ（９）の他端は、連続式焼成炉の外部に設置した吸引ポンプ（図示せず）に接続した。

反応ガス供給管からのガス供給量は、焼成反応域で１０ｍ³／ｈ、徐冷域で２ｍ³／ｈ、それら以外の領域では３ｍ³／ｈ、吸引ノズルからの反応ガスの排出量は０．１ｍ³／ｈである。

原料が収容された匣鉢（５）を２６ｍｍ／ｍｉｎという炉内１８００ｍｍ×２１を２４時間で移動する速度で、連続焼成炉（１）内に供給した。その際における反応ガスおよび反応生成ガスの濃度を、炉内に設置した複数のガスセンサーにより観察した。

その結果、原料の焼成により発生した反応生成ガスは、炉内にはほとんど拡散していないことがわかった。また、焼成後の製品の焼成率は９９％であり、製品に焼成不良および汚染は見られなかった。

（実施例２）
図３に示した構造の連続式焼成炉を使用したこと以外は、実施例１と同じ条件で、焼成を行った。

本実施例では、ＳＵＳ製の複数の反応ガス供給ノズル（１０）と、反応ガス供給ノズル（１０）の上端部が開口して連通するＳＵＳ製の反応ガス供給パイプ（１１）とをさらに有し、反応ガス供給ノズル（１０）と吸引ノズル（８）とを、交互に並べて配置した。反応ガス供給ノズル（１０）は、吸引ノズル（８）と同様の形状、大きさとした。

原料が収容された匣鉢（５）を２６ｍｍ／ｍｉｎの速度で、連続焼成炉（１）内に供給した。その際における反応ガスおよび反応生成ガスの濃度を、ガスセンサーにより観察した。

その結果、原料の焼成により発生した反応生成ガスは、炉内にはほとんど拡散していないことがわかった。また、焼成後の製品の焼成率は９９％以上であり、製品に焼成不良および汚染は見られなかった。

（比較例１）
比較のために、図４に示した反応ガス吸引ノズルおよび吸引パイプを備えない連続式焼成炉を使用したこと以外は、実施例１と同じ条件で、焼成を行った。

その結果、原料の焼成により発生した反応生成ガスが、炉内に拡散していることが確認された。また、焼成後の製品の焼成率は９６％であり、一部の製品に焼成不良および汚染が見られた。

以上のように、本発明により、原料から発生した水蒸気が効率よく排気されることが確認された。

本発明の連続式焼成炉の一実施例において、一部区間を示す縦断面図である。図１の連続式焼成炉において、搬送方向に垂直な断面を示す縦断面図である。本発明の連続式焼成炉の異なる実施例において、搬送方向に垂直な断面を示す縦断面図である。従来の連続式焼成炉において、一部区間を示す縦断面図である。

符号の説明

１連続式焼成炉
２反応ガス供給管
３ヒータ
４搬送ローラ
５匣鉢
６排気筒
７仕切り板
８吸引ノズル
９吸引パイプ
１０反応ガス供給ノズル
１１反応ガス供給パイプ

Claims

反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される容器内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の吸引ノズルと、該吸引ノズルの上端部が開口して連通する吸引パイプとを有する連続式焼成炉。
反応生成ガスが発生する区間において、水平に搬送される容器内の原料の表面に近接する位置で、下端部が開口するように垂下する複数の反応ガス供給ノズルおよび複数の吸引ノズルと、該反応ガス供給ノズルの上端部が開口して連通する反応ガス供給パイプと、該吸引ノズルの上端部が開口して連通する吸引パイプとを有する連続式焼成炉。
前記反応ガス供給ノズルおよび前記吸引ノズルは、交互に並べて配置されることを特徴とする請求項２に記載の連続式焼成炉。