JP2022171459A - ロータリーキルンの閉塞低減方法、熱処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータリーキルンが閉塞することを低減できるロータリーキルンの閉塞低減方法を提供することを目的とする。【解決手段】ロータリーキルンの長手方向の両端部間にスクープフィーダを有しており、前記スクープフィーダを介して前記ロータリーキルン内に融着防止剤を投入する融着防止剤添加工程を有するロータリーキルンの閉塞低減方法を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリーキルンの閉塞低減方法、熱処理装置に関する。

鉱石の乾燥、還元処理や、セメント等の各種セラミックス材料の製造にロータリーキルンが用いられている（例えば特許文献１を参照）。

特開２０１４－１４１７１９号公報

ロータリーキルンは略円筒形状を有しており、通常、一方の端部側から原料である被処理物を投入し、他方の端部側からバーナー等の加熱手段で加熱される。ロータリーキルンは他方の端部側が低くなるように配置され、中心軸を軸として回転することで、投入された被処理物は他方の端部側へと徐々に移動しながら加熱される。そして、他方の端部側に設けられた排出口から、熱処理を終え、得られた生成物が排出されることになる。

ところで、ロータリーキルンを操業する際、加熱手段によりロータリーキルン内部に形成された高温領域の温度が、被処理物中の物質の融点近傍になると、ロータリーキルンの内壁に被処理物が付着し、リング状の付着物が形成される場合がある。係るリング状の付着物が形成されると、ロータリーキルン内の被処理物が流動しにくくなり、該リング状の付着物が成長し、最終的には閉塞に至り操業ができなくなる場合もあった。

そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、ロータリーキルンが閉塞することを低減できるロータリーキルンの閉塞低減方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
ロータリーキルンの長手方向の両端部間にスクープフィーダを有しており、前記スクープフィーダを介して前記ロータリーキルン内に融着防止剤を投入する融着防止剤添加工程を有するロータリーキルンの閉塞低減方法を提供する。

本発明の一態様によれば、ロータリーキルンが閉塞することを低減できるロータリーキルンの閉塞低減方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る熱処理装置の模式図である。 図２は、図１のＡ－Ａ´線での断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いながら説明するが、本発明は、下記の実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、下記の実施形態に種々の変形および置換を加えることができる。
［ロータリーキルンの閉塞低減方法］
リング状の付着物の成長を抑制し、ロータリーキルンの閉塞を防止する方法として、リング状の付着物の形成が認められた段階で融着防止剤を添加する方法が考えられる。

融着防止剤を添加する方法として、例えば原料である被処理物と共にロータリーキルンの炉内に原料を投入する投入口から投入する方法や、ロータリーキルンを加熱するバーナーから吹き込む方法が考えられる。

しかしながら、リング状の付着物はロータリーキルンの長手方向の途中に形成されるため、投入口や、バーナー側から融着防止剤を投入した場合、該リング状の付着物が形成された部分に融着防止剤が到達するまでに多くの時間を要する。このため、融着防止剤がリング状の付着物が形成されている部分に到達する前にリング状の付着物の成長が十分に進行し、ロータリーキルンの閉塞を低減する効果が十分に得られないという問題がある。

そこで、本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法は、ロータリーキルンの長手方向の両端部間にスクープフィーダを有しており、スクープフィーダを介してロータリーキルン内に融着防止剤を投入する融着防止剤添加工程を有することができる。

本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法によれば、ロータリーキルンの途中に設けたスクープフィーダを介してロータリーキルン内に融着防止剤を投入できる。このため、例えばリング状の付着物の形成が認められた段階で融着防止剤を添加しても、該リング状の付着物が形成されている部分に融着防止剤を短時間で供給できる。その結果、リング状の付着物の成長を抑制し、ロータリーキルンが閉塞することを効果的に抑制できる。

本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法を好適に適用できる熱処理装置の構成を説明した後、本実施形態の融着防止剤添加工程について説明する。
（１）熱処理装置
本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法を好適に実施できるロータリーキルンを含む熱処理装置の構成例について、図１、図２を用いて説明する。図１は熱処理装置１０の斜視図であり、図２は図１のＡ－Ａ´線での断面図である。
（１－１）ロータリーキルンについて
図１に示した熱処理装置１０は、ロータリーキルン１００を有している。ロータリーキルン１００の炉体となる胴体部１０１は、略円筒形状を有しており、該胴体部１０１は、中心軸ＣＡを回転軸として回転可能に構成されている。ロータリーキルン１００は、長手方向の一方の端部である導入端１０２から、長手方向の他方の端部である排出端１０３に向かって下方に傾斜して設けられている。このため、導入端１０２側から導入した原料である被処理物は、回転する胴体部１０１の内部を排出端側へと移動する。後述するように、排出端１０３側にはバーナー１０４が設けられており、バーナー１０４で焚かれた化石燃料の燃焼熱が、被処理物の移動方向とは逆に、すなわち排出端１０３の側から導入端１０２の側へと移動することで、被処理物を向流加熱する。

ロータリーキルン１００は、長手方向の一方の端部である導入端１０２に、投入口１０２１を有しており、該投入口１０２１から胴体部１０１の内部に被処理物を投入できる。

ロータリーキルン１００の長手方向の他方の端部である排出端１０３には、排出口１０３１である排出用のシュートが設けられており、胴体部１０１の内部で熱処理を終えた被処理物を排出できるように構成できる。熱処理を終えた被処理物は必要に応じて他の処理を行う電気炉等の装置へと搬送できる。また、排出端１０３には、バーナー１０４が設けられており、重油等の化石燃料を燃焼させ、ロータリーキルン１００の胴体部１０１の内部に投入した被処理物等を加熱できる。
（１－２）スクープフィーダについて
熱処理装置１０は、ロータリーキルン１００の途中、すなわち導入端１０２と、排出端１０３との間に、スクープフィーダを有することができる。図２にスクープフィーダが設けられた位置の断面、すなわちＡ－Ａ´線での断面図を示す。

図２に示すように、ロータリーキルン１００は、回転する胴体部１０１と、胴体部１０１を覆う外殻部１１０とを有することができる。なお、外殻部１１０は、胴体部１０１の表面全体を覆うように設ける必要は無く、例えば図１に示すように、スクープフィーダを設ける箇所等、必要な箇所にのみ設けることもできる。

胴体部１０１内には、投入口１０２１から投入された被処理物２１が導入され、胴体部１０１の回転に伴って排出端１０３側へと移動できる。

胴体部１０１と外殻部１１０との間に空間部１２０が形成されており、外殻部１１０に設けられた添加剤供給口１１１を介して、空間部１２０に融着防止剤を供給できる。添加剤供給口１１１には、必要に応じて各種添加剤を供給する添加剤供給手段２２１を接続しておくことができる。

添加剤供給手段２２１は、融着防止剤を供給する融着防止剤供給手段とすることができる。

なお、熱処理装置１０では、例えば還元処理等を行うこともできる。このため、添加剤供給手段２２１は、さらに還元剤供給手段を有することもできる。また、添加剤供給手段２２１は、例えば融着防止剤と、還元剤とを予め混合した添加剤を供給する１つの添加剤供給手段であってもよい。

添加剤供給手段２２１の構成は特に限定されず、添加剤供給口１１１側に設けられた開口部の開度を添加剤の供給量にあわせて調整可能に構成し、該開口部を介して自由落下する添加剤の供給量を調整できるようにしてもよい。また、例えばスクリューコンベア等の搬送手段を有し、該搬送手段による添加剤の搬送速度を調整可能とし、該搬送速度により添加剤の供給量を調整できるように構成してもよい。

スクープフィーダ１３０は、例えば先端部１３１と、直線部１３２との間が屈曲したＬ字形状の管で形成できる。スクープフィーダ１３０は、胴体部１０１と共に、例えば図２中、矢印で示すように、時計回り（右回り）に回転できる。係る回転の際に、先端部１３１で空間部１２０に供給された添加剤２２を掬い上げ、掬い上げた添加剤２２を直線部１３２内に通過させて胴体部１０１内にフィードできる。

ロータリーキルン１００において、スクープフィーダを設ける箇所は特に限定されず、ロータリーキルン１００の胴体部１０１内部の温度分布等に応じて任意の場所に設けることができる。

例えばリング状の付着物が形成されやすい場所、例えば胴体部１０１内部の温度が、被処理物の融点近傍になる場所に、スクープフィーダを設けることができる。胴体部１０１が例えば上記温度域となる場所にスクープフィーダを設け、融着防止剤を供給することで、リング状の付着物が形成されやすい領域に特に短時間で融着防止剤を供給できるからである。

スクープフィーダを設ける箇所は上述のように特に限定されない。例えば排出端１０３からスクープフィーダを設けた外殻部１１０の導入端１０２側の端部までの距離Ｌ１１０は、ロータリーキルン１００の胴体部１０１長手方向の長さＬ１０１の５％以上９５％以下が好ましく、１０％以上９０％以下がより好ましい。
（２）ロータリーキルンの運転条件について
ロータリーキルンの運転条件は特に限定されず、被処理物の種類や実施する処理等に応じて任意に選択できる。

既述のように、熱処理装置１０は還元処理等を行うこともできる。

ロータリーキルン１００の回転数、すなわちロータリーキルン１００を構成する胴体部１０１の回転数についても特に限定されないが、例えば０．５ｒｐｍ以上１．５ｒｐｍ以下程度であることが好ましい。

ロータリーキルン１００の回転数を０．５ｒｐｍ以上とすることで、ロータリーキルン１００内の撹拌力を十分に高め、途中で投入した添加剤等を露出させながら反応を十分に進行させることができるとともに、高温となるキルン本体が軟化した場合の自重変形を小さくすることができる。

また、ロータリーキルンの回転数を１．５ｒｐｍ以下とすることで、ロータリーキルン１００内に導入された被処理物等がロータリーキルン１００内に十分な時間留まることができ、所望の熱処置時間を確保できる。
（３）融着防止剤添加工程
融着防止剤添加工程では、既述のスクープフィーダを介してロータリーキルン内、具体的には被処理物の熱処理を行っている胴体部内に融着防止剤を投入できる。

融着防止剤添加工程は、任意のタイミングで実施でき、例えばロータリーキルン１００の胴体部１０１にリング状の付着物が形成されていることが検知された場合、投入した原料鉱石等の組成や炉の外壁温度等の情報によりリング状の付着物の形成が予想または予測できた場合に実施できる。

リング状の付着物が形成されていることを検知する方法は特に限定されないが、例えばロータリーキルン１００から排出される被処理物の量の変化や、胴体部１０１内部を直接モニターした画像、炉の外側の温度情報等により検知できる。
（３－１）融着防止剤について
融着防止剤は、リング状の付着物の成長を抑制できる材料であればよく、例えば高融点のセラミックス材料を好適に用いることができる。高融点のセラミックス材料を融着防止剤として用いることで、例えば溶融状態の被処理物をコートし、被処理物が炉の内壁に付着し、リング状の付着物が成長することを抑制できる。

融着防止剤は、被処理物の成分に悪影響を与えないように、被処理物に応じて選択でき、特に限定されないが、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選択された１種類以上を含むことが好ましい。
（３－２）その他の添加剤について
既述のように熱処理装置１０は、例えば還元処理等を行うこともできる。具体的には例えばスクープフィーダから還元剤を添加し、ロータリーキルン内で被処理物と、還元剤とを混合しながら加熱できる。この際、被処理物の還元や、場合によっては乾燥を実施できる。還元剤としては、例えば石炭を好適に用いることができる。このため、融着防止剤添加工程を行う際に、スクープフィーダを介してロータリーキルン内、具体的には胴体部内に融着防止剤に加えてさらに石炭を投入してもよい。

なお、被処理物の還元処理を行う場合、還元処理を行っている間、継続的に還元剤を添加する必要があるために、融着防止剤添加工程とは別に還元剤添加工程を実施できる。そして、リング状の付着物が形成されていることを検知した場合に、還元剤添加工程と、融着防止剤添加工程とを同時に実施することになる。

石炭灰は融着防止剤としても機能できることから、石炭を添加する際、石炭灰を含有する石炭を好ましく用いることができ、特に石炭灰の含有量が高い石炭をより好ましく用いることができる。

また、融着防止剤添加工程を行う際に、ロータリーキルン１００の胴体部１０１内の温度を調整するために、ロータリーキルン、具体的には胴体部内に例えば空気等の気体も併せて供給することもできる。

通常、還元処理を行う場合には、ロータリーキルン１００の胴体部１０１内の雰囲気を還元雰囲気に保つため、空気を供給することは行われていない。しかし、還元処理を行っている場合でも、融着防止剤を適切な温度領域に供給することを目的として、上述のように空気も併せて供給することもできる。なお、上述のようにロータリーキルンで被処理物の還元処理を行い、かつ空気を供給する場合、融着防止剤添加工程を行う際に、スクープフィーダを介してロータリーキルン内、具体的には胴体部内に融着防止剤と、石炭と、空気とを供給することになる。
（４）被処理物について
本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法に供する被処理物は特に限定されず、例えば各種金属成分を含む鉱石や、セラミックス原料を挙げることができる。

特に、被処理物としては、各種鉱石を挙げることができる。特に、精錬を行うことが求められる金属の鉱石は一般的に水分を多く含み、酸化されている。そして、本実施形態のロータリーキルンの閉塞低減方法によれば、ロータリーキルンの閉塞を低減しつつ、乾燥と還元とを効率的に行うことができるため、被処理物としては、金属の鉱石を含むことが好ましい。なお、被還元物は金属の鉱石から構成されてもよい。

金属の鉱石が含む金属は特に限定されないが、例えば非鉄金属を含む金属であることが好ましく、ニッケル、亜鉛等から選択された１種類以上の金属を含む鉱石であることがより好ましい。

なお、被処理物は事前に予備乾燥を行い、一部の付着水分を低減、除去しておくこともできる。
［熱処理装置］
本実施形態の熱処理装置は、ロータリーキルンと、ロータリーキルンの長手方向の両端部間に配置されたスクープフィーダと、スクープフィーダに設けられた融着防止剤を供給する融着防止剤供給手段と、を有することができる。

本実施形態の熱処理装置によれば、既述のロータリーキルンの閉塞低減方法を実施できる。このため、既に説明した事項については説明を省略する。

本実施形態の熱処理装置は、図１、図２を用いて説明したように、ロータリーキルンと、スクープフィーダと、添加剤供給手段とを有することができる。

ロータリーキルン、スクープフィーダについては既に説明したため、ここでは説明を省略する。

添加剤供給手段２２１は、例えば融着防止剤を供給する融着防止剤供給手段とすることもできる。なお、融着防止剤は、リング状の付着物の成長を抑制できる材料であればよく、例えば高融点のセラミックス材料を好適に用いることができる。高融点のセラミックス材料を融着防止剤として用いることで、例えば溶融状態の被処理物をコートし、被処理物が炉の内壁に付着し、リング状の付着物が成長することを抑制できる。

融着防止剤は、被処理物の成分に悪影響を与えないように、被処理物により選択でき、特に限定されないが、例えば酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選択された１種類以上を含むことが好ましい。

また、既述のように、本実施形態の熱処理装置では、必要に応じて被処理物の還元処理を行うこともでき、この場合、スクープフィーダから還元剤である石炭を供給できる。このため、添加剤供給手段２２１は、上記融着防止剤供給手段に加えて、還元剤である石炭を供給する石炭供給手段（還元剤供給手段）を有することもできる。すなわち、本実施形態の熱処理装置は、スクープフィーダに設けられた石炭を供給する石炭供給手段を有することもできる。なお、石炭と融着防止剤とは予め混合した混合物の状態で供給することもでき、この場合、融着防止剤供給手段と、石炭供給手段とは別の装置とはせず、１つの装置により構成することもできる。

添加剤供給手段２２１は、上述のように融着防止剤や、必要に応じて還元剤である石炭を供給できるように構成されていればよく、その詳細は特に限定されない。

添加剤供給手段２２１の構成は特に限定されず、例えば貯蔵容器と、供給量調整手段とを有することができる。

供給量調整手段は、例えば貯蔵容器の、添加剤供給口１１１側に設けられた開口部の開度を添加剤の供給量にあわせて調整可能に構成し、該開口部を介して自由落下する添加剤の供給量を調整できるようにしてもよい。また、供給量調整手段は、例えばスクリューコンベア等の搬送手段を有し、該搬送手段による添加剤の搬送速度を調整可能とし、該搬送速度により添加剤の供給量を調整できるように構成してもよい。

なお、図１では、添加剤供給口１１１に添加剤供給手段２２１を設けた例を示しているが、係る形態に限定されず、例えば添加剤供給手段２２１と、添加剤供給口１１１の間は配管で接続し、両部材が離れていてもよい。

また、既述のように、融着防止剤を供給する際に、ロータリーキルン１００の胴体部１０１内の温度を調整するために、例えば空気等の気体も併せて供給することもできる。このため、本実施形態の熱処理装置１０は、スクープフィーダに設けられた空気を供給する空気供給手段を有することもできる。

空気供給手段の構成は特に限定されないが、例えばブロワーや、空気ボンベ等を有することができ、必要に応じて流量や、空気の供給を制御できるようにレギュレターや、バルブを有することができる。

以上に説明した本実施形態の熱処理装置によれば、ロータリーキルンの長手方向の両端部間に配置されたスクープフィーダに融着防止剤供給手段を設け、融着防止剤を供給できるように構成されている。このため、適切なタイミングで融着防止剤を供給することができ、リング状の付着物が成長することを抑制し、ロータリーキルンが閉塞することを低減できる。

１０ 熱処理装置
１００ ロータリーキルン
１３０ スクープフィーダ

Claims (8)

1. ロータリーキルンの長手方向の両端部間にスクープフィーダを有しており、前記スクープフィーダを介して前記ロータリーキルン内に融着防止剤を投入する融着防止剤添加工程を有するロータリーキルンの閉塞低減方法。
2. 前記融着防止剤が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選択された１種類以上を含む請求項１に記載のロータリーキルンの閉塞低減方法。
3. 融着防止剤添加工程を行う際に、前記スクープフィーダを介して前記ロータリーキルン内に石炭も投入する請求項１または請求項２に記載のロータリーキルンの閉塞低減方法。
4. 前記融着防止剤添加工程において、前記ロータリーキルン内に空気も併せて供給する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のロータリーキルンの閉塞低減方法。
5. ロータリーキルンと、
   前記ロータリーキルンの長手方向の両端部間に配置されたスクープフィーダと、
   前記スクープフィーダに設けられた融着防止剤を供給する融着防止剤供給手段と、を有する熱処理装置。
6. 前記融着防止剤が、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウムから選択された１種類以上を含む請求項５に記載の熱処理装置。
7. 前記スクープフィーダに設けられた石炭を供給する石炭供給手段を有する請求項５または請求項６に記載の熱処理装置。
8. 前記スクープフィーダに設けられた空気を供給する空気供給手段を有する請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の熱処理装置。

Images