(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粗酸化亜鉛ダストをロータリーキルンを用いて焼成することにより、酸化亜鉛鉱とする乾燥加熱工程を含んでなる酸化亜鉛鉱の製造方法であって、
前記ロータリーキルンは排出端にオイルバーナーを備え、
前記オイルバーナーが、略円筒形状であり、中心部から順次、オイル及び噴霧用空気を吐出する吐出部、旋回流である１次空気を吹き出す旋回流吹出し部、直進流である２次空気を吹き出す直進流吹出し部が、同心円状にこの順に形成されているオイルバーナーであり、
前記ロータリーキルンの前記排出端から特定の距離だけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度の管理温度範囲を定め、該外表面温度が該管理温度範囲内となるように、前記オイルバーナーの形状を変更することで、該オイルバーナーから噴出される火炎の広がりを最適化することを特徴とする酸化亜鉛鉱の製造方法。
【請求項２】
前記ロータリーキルンは、
前記オイルバーナーの前記吐出部の先端位置に設置されるノズルの形状が、オイル噴霧の拡散角度を１５°以上３０°以下とすることができる形状であり、
前記旋回流吹出し部を構成する旋回羽根部が、該オイルバーナーの長手方向中心線に対して４０°以上６０°以下の略同一角度を有する複数枚の羽根で構成されており、
前記直進流吹出し部が、前記旋回羽根部の外周部とバーナータイルの内周との間の空隙として形成されていて、
前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び、直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することによって、前記オイルバーナーから噴出される火炎の広がりを最適化する請求項１に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【請求項３】
前記ロータリーキルンの排出端から該ロータリーキルン全長の６分の１の長さだけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、前記排出端から該ロータリーキルン全長の３分の１の長さだけ離れた位置における前記外表面温度±２０℃の範囲となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び前記直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする請求項２に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【請求項４】
前記ロータリーキルンの排出端から該ロータリーキルン全長の６分の１の長さだけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、該ロータリーキルンから排出される酸化亜鉛鉱の温度、該ロータリーキルン内の付着物の厚さと熱伝導率、該ロータリーキルン内の耐火物の厚さと熱伝導率、及び、外気温度から、熱計算によって導かれるロータリーキルンの外表面温度の推定値＋５０℃未満となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び前記直進流吹出し部の形状うちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする請求項２に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【請求項５】
前記ロータリーキルンの排出端から５ｍ以上１０ｍ以下の位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、２５０℃以下となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び、前記直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする請求項２に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【請求項６】
排出端にオイルバーナーを備えた酸化亜鉛鉱製造用のロータリーキルンであって、
前記オイルバーナーが、略円筒形状であり、中心部から順次、オイル及び噴霧用空気を吐出する吐出部、旋回流である１次空気を吹き出す旋回流吹出し部、直進流である２次空気を吹き出す直進流吹出し部が、同心円状にこの順に形成されているオイルバーナーであり、
前記吐出部の先端位置に配置されるノズルの形状が、オイル噴霧の拡散角度が１５°以上３０°以下となる形状であり、
前記旋回流吹出し部を構成する旋回羽根部が、該オイルバーナーの長手方向中心線に対して４０°以上６０°以下の略同一角度を有する複数枚の羽根で構成されており、
前記直進流吹出し部が、前記旋回羽根部の外周部とバーナータイルの内周との間の空隙として形成されているロータリーキルン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸化亜鉛鉱の製造方法に関する。更に詳しくは、鉄鋼の製造工程において発生する亜鉛含有鉄鋼ダストや亜鉛含有鉄鋼ダストペレットを、還元、揮発して得た粗酸化亜鉛ダスト、或いは当該粗酸化亜鉛ダストを湿式精製したケーキ状の粗酸化亜鉛ダストから酸化亜鉛鉱を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、亜鉛製錬所における亜鉛地金の原料として、粗酸化亜鉛等の亜鉛含有鉱から、不純物を分離除去して得た酸化亜鉛鉱が広く用いられている。
【０００３】
粗酸化亜鉛は、例えば、鉄鋼業における高炉や電気炉等の製鋼炉から発生する副産物であり、鉄成分以外に比較的多くの亜鉛が含まれている鉄鋼ダストや鉄鋼ダストペレットに、還元焙焼処理を施すことによって得ることができる。この鉄鋼ダストの還元焙焼処理は、一般に、ロータリーキルンによる還元焙焼（所謂ウェルツ法）により行われる。この方法により還元焙焼された鉄鋼ダスト中に含まれる亜鉛が、還元焙焼用のロータリーキルン内において還元揮発されて、粗酸化亜鉛ダストとして回収される。
【０００４】
最終製品である亜鉛におけるハロゲン濃度は当然に極めて低いものであることが求められる。又、酸化亜鉛鉱をＩＳＰ製錬法等による亜鉛製錬の原料として用いるためには、各製錬工程において許容される値にまで、酸化亜鉛鉱のハロゲン濃度を低減する必要がある。酸化亜鉛鉱のハロゲン濃度を低減するために、還元焙焼後の粗酸化亜鉛からのハロゲンを分離除去する方法としては、乾燥加熱用のロータリーキルンでの焼成によってハロゲンを揮発させて分離する方法（特許文献１参照）がある。
【０００５】
一般に、乾燥加熱用のロータリーキルンは、オイルバーナーからの火炎の噴出によって、炉内を加熱して材料鉱を焼成する方式による。しかし、このようなオイルバーナーによる加熱方式において、十分に焼成温度を上昇させて必要なハロゲンの除去率を確保するために、噴出させる燃料及び空気量を増加させて火炎の強さを強めると、その分だけオイルフレームの広がり、言い換えればバーナーフレームの断面積も増加する。そうすると、広がった火炎がキルン内の一部の壁面部に直接当たって局所的に過剰な加熱状態となる。この状態においては、キルン内の排出端側の特定の場所において酸化亜鉛鉱が熔融し、コーチング、リング、ベコ等と呼ばれる炉内付着物（以後、これらを「コーチング」と総称する）が生成、成長してしまう。コーチングの成長が許容範囲を超えて進行すると、原料がロータリーキルン内を移動する際の障害物となり、遂には保守作業のため等の操業停止を余儀なくされるという問題があった。
【０００６】
例えば、このようなコーチングの生成を抑制するための手段として、装入物の軟化・溶融点を上昇させ、装入物がキルン内壁に付着するのを抑制するために、装入した製鋼ダスト重量の３％以上のＭｇＯを添加する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００７】
しかしながら、特許文献２に記載の技術を、還元焙焼用ロータリーキルンでは無く、本発明の対象設備である乾燥・加熱用ロータリーキルンに適用することを想定した場合、乾燥・加熱用ロータリーキルン内の装入側で造粒された粗酸化亜鉛ダストのペレットが、装入側から排出側に移動しながら乾燥、加熱され、排出側での焼成反応によって、一旦、半熔融状態となって酸化物の焼結体であるペレット状の酸化亜鉛鉱となるが、酸化亜鉛鉱の融点が上昇するため、この焼成反応が十分に行われずに、良好なペレットを得ることができない。又、ＩＳＰ製錬法等の乾式製錬法でＭｇＯが含まれた酸化亜鉛鉱が処理された場合、処理されたＭｇＯはスラグへと分配されるが、熔鉱炉操業で重要な因子となるスラグ組成やスラグ融点が変わってしまうことにもなり、その熔鉱炉操業に与える悪影響は非常に大きい。
【０００８】
一方、コーチングの生成原因となる過熱状態を抑制する技術も、数多く提案されている。例えば、フェロニッケル製錬用のロータリーキルンにおいて、バーナーフレームの長さや径の大きさを適切に制御するためのロータリーキルン、ロータリーキルンバーナー、並びにロータリーキルンの操業方法（特許文献３参照）や、ロータリーキルン内のフレームの長さ及びその形状を制御し、燃焼効率を向上させ、且つ、一次空気に使用する動力費を減少させるとともに効率的な熱流量分布を得ることができるロータリーキルンバーナー及び該バーナーに微粉炭を吹き込む方法（特許文献４参照）等である。
【０００９】
しかしながら、特許文献３及び４に記載の方法は、いずれも、気体燃料や液体燃料と比較して燃焼速度が遙かに遅い微粉炭の燃焼を伴うプロセスを対象としたものである。これらの従来技術は、いずれも、いかに微粉炭の燃焼速度を速くするか、微粉炭を燃やし切るかということを観点から提案されたプロセスである。これに対し、本発明は、微粉炭とは異なり燃焼性に優れる液体燃料を燃焼させるプロセスをその適用対象としている。よって特許文献３及び４に記載の方法と本願発明とは技術的課題が異なり、本願発明が適用対象とする液体燃料の燃焼を伴うプロセスへの適用は有効性に欠ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−１２５１６９号公報
【特許文献２】特開平５−１３２７２３号公報
【特許文献３】特開２０１５−２５１５２号公報
【特許文献４】特開平１０−３０００２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、酸化亜鉛鉱の製造において、乾燥加熱用のロータリーキルンにおけるコーチングの生成、成長を抑止して生産性の低下を回避しつつ、尚且つ、炉内でのハロゲンの高い除去率も維持して、高品位の酸化亜鉛鉱を高い生産性の下で製造することができる製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者らは、乾燥加熱工程において用いるロータリーキルンにおいて、例えば、オイルや空気を吐出或いは噴出する部分の吐出角度等を適宜適切に変更することによって、オイルバーナーから噴出される火炎の広がりを最適化することによって、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１３】
（１）  粗酸化亜鉛ダストをロータリーキルンを用いて焼成することにより、酸化亜鉛鉱とする乾燥加熱工程を含んでなる酸化亜鉛鉱の製造方法であって、前記ロータリーキルンは排出端にオイルバーナーを備え、前記オイルバーナーが、略円筒形状であり、中心部から順次、オイル及び噴霧用空気を吐出する吐出部、旋回流である１次空気を吹き出す旋回流吹出し部、直進流である２次空気を吹き出す直進流吹出し部が、同心円状にこの順に形成されているオイルバーナーであり、
前記ロータリーキルンの前記排出端から特定の距離だけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度の管理温度範囲を定め、該外表面温度が該管理温度範囲内となるように、前記オイルバーナーの形状を変更することで、該オイルバーナーから噴出される火炎の広がりを最適化することを特徴とする酸化亜鉛鉱の製造方法。
【００１４】
（２）  前記ロータリーキルンは、前記オイルバーナーの前記吐出部の先端位置に設置されるノズルの形状が、オイル噴霧の拡散角度を１５°以上３０°以下とすることができる形状であり、前記旋回流吹出し部を構成する旋回羽根部が、該オイルバーナーの長手方向中心線に対して４０°以上６０°以下の略同一角度を有する複数枚の羽根で構成されており、前記直進流吹出し部が、前記旋回羽根部の外周部とバーナータイルの内周との間の空隙として形成されていて、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び、直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することによって、前記オイルバーナーから噴出される火炎の広がりを最適化する（１）に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【００１５】
（３）  前記ロータリーキルンの排出端から該ロータリーキルン全長の６分の１の長さだけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、前記排出端から該ロータリーキルン全長の３分の１の長さだけ離れた位置における前記外表面温度±２０℃の範囲となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び前記直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする（１）又は（２）に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【００１６】
（４）  前記ロータリーキルンの排出端から該ロータリーキルン全長の６分の１の長さだけ離れた位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、該ロータリーキルンから排出される酸化亜鉛鉱の温度、該ロータリーキルン内の付着物の厚さと熱伝導率、該ロータリーキルン内の耐火物の厚さと熱伝導率、及び、外気温度から、熱計算によって導かれるロータリーキルンの外表面温度の推定値＋５０℃未満となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び前記直進流吹出し部の形状うちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする（１）又は（２）に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【００１７】
（５）  前記ロータリーキルンの排出端から５ｍ以上１０ｍ以下の位置における該ロータリーキルンの外表面温度が、２５０℃以下となるように、前記ノズルの形状、前記旋回流吹出し部の形状、及び、前記直進流吹出し部の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することで、前記火炎の広がりを最適化することを特徴とする（１）又は（２）に記載の酸化亜鉛鉱の製造方法。
【００１８】
（６）  排出端にオイルバーナーを備えた酸化亜鉛鉱製造用のロータリーキルンであって、前記オイルバーナーが、略円筒形状であり、中心部から順次、オイル及び噴霧用空気を吐出する吐出部、旋回流である１次空気を吹き出す旋回流吹出し部、直進流である２次空気を吹き出す直進流吹出し部が、同心円状にこの順に形成されているオイルバーナーであり、前記吐出部の先端位置に配置されるノズルの形状が、オイル噴霧の拡散角度が１５°以上３０°以下となる形状であり、前記旋回流吹出し部を構成する旋回羽根部が、該オイルバーナーの長手方向中心線に対して４０°以上６０°以下の略同一角度を有する複数枚の羽根で構成されており、前記直進流吹出し部が、前記旋回羽根部の外周部とバーナータイルの内周との間の空隙として形成されているロータリーキルン。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、酸化亜鉛鉱の製造において、乾燥加熱用のロータリーキルンにおけるコーチングの生成と成長を抑止して生産性の低下を回避しつつ、尚且つ、炉内でのハロゲンの高い除去率も維持して、高品位の酸化亜鉛鉱を高い生産性の下で製造することができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の製造方法に用いるロータリーキルンについて、その排出端側の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１のロータリーキルンのオイルバーナーについて、その構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２のオイルバーナーのノズルの形状と、当該ノズルから噴出されるバーナーフレームの角度の一例を模式的に示す側面図である。
【図４】図２のオイルバーナーの旋回流吹出し部の一例を示す正面図である。
【図５】本発明の実施前後における、キルンの排出端からの距離に対する乾燥加熱用のロータリーキルンの外表面の温度分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施態様について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
＜酸化亜鉛鉱の製造方法＞
本発明の酸化亜鉛鉱の製造方法は、下記に詳細を説明する「乾燥加熱工程」において用いるロータリーキルン（以下、本明細書においては、単に「ロータリーキルン」又は「ＤＲＫ」とも言う）のオイルバーナーから噴出される火炎の広がりを適切に制御することによって、ＤＲＫ炉内でのコーチングの成長を抑止して生産性の低下を回避しつつ、尚且つ、炉内でのハロゲンの高い除去率も維持して、高品位の酸化亜鉛鉱を高い生産性の下で製造することができる製造方法である。
【００２３】
本発明の酸化亜鉛鉱の製造方法は、酸化亜鉛鉱製造の一般的な全体プロセスにおいて、乾燥加熱工程にこれを適用することによって、上述の効果を奏する製造方法である。酸化亜鉛鉱製造の一般的な全体プロセスとしては、鉄鋼ダスト等の亜鉛含有鉱を還元焙焼して粗酸化亜鉛を得る還元焙焼工程、同工程で得た粗酸化亜鉛からハロゲン成分を分離除去して粗酸化亜鉛ケーキを得る湿式工程、同工程で得た粗酸化亜鉛ケーキを乾燥加熱して酸化亜鉛鉱を得る乾燥加熱工程を少なくとも含んでなる全体工程が想定される。
【００２４】
［還元焙焼工程］
還元焙焼工程においては、鉄鋼ダストを還元材とともに予めペレット化した原材料等を還元焙焼用のロータリーキルン（ＲＲＫ）によって還元焙焼する処理が行われる。この工程では、上記の原材料ペレットが、石灰石等とともに、ＲＲＫに連続的に投入される。ＲＲＫ炉内で鉄鋼ダスト由来の原材料は還元焙焼されて、揮発した金属亜鉛は炉内で再酸化されて粉状の酸化亜鉛となる。粉状の酸化亜鉛は、ＲＲＫからの排出ガスとともに集塵機に導入され、捕捉されて粗酸化亜鉛として回収される。
【００２５】
［湿式工程］
還元焙焼工程に続く湿式工程においては、還元焙焼工程で得た粗酸化亜鉛に含有されるフッ素等の不純物を処理液中に分離抽出し、更に固液分離処理によって、粗酸化亜鉛から不純物を水洗浄法により除去して粗酸化亜鉛ケーキを得る湿式処理が行われる。より詳細には、フッ素等のハロゲン系不純物が処理液中に除去された状態において、固液分離により、不純物が分配された処理液をスラリーから除去する。これにより、粗酸化亜鉛スラリーが、より高濃度の粗酸化亜鉛ケーキとなる。
【００２６】
［乾燥加熱工程］
乾燥加熱工程においては、湿式工程で得た粗酸化亜鉛ケーキを、乾燥加熱用のロータリーキルン（ＤＲＫ）に投入して焼成することにより、ハロゲン濃度を更に低減させつつ、高品位の酸化亜鉛鉱を製造する乾式処理を行う。
【００２７】
この工程で処理対象となる粗酸化亜鉛ケーキの水分率は一般的に２０質量％以上３０質量％以下である。又、粗酸化亜鉛ケーキの一般的な組成は、亜鉛が６１質量％以上６８質量％以下、鉛が７質量％以上１０質量％以下、塩素が０．３質量％以上０．９質量％以下、フッ素が０．２質量％以上１．５質量％以下（いずれも乾燥量基準）である。このような粗酸化亜鉛ケーキは、含水ケーキ状のまま、スクリューフィーダ等の定量装入装置によって、ＤＲＫに投入される。
【００２８】
尚、ＤＲＫで発生する排ガスは、装入端側から吸引され、湿式の排ガス洗浄設備、湿式の電気集塵機を経由して除塵され、ファン等の排風機を経由して煙突から放出される。装入端側から吸引される排ガス量は、概ね、９０００Ｎｍ３／ｈ以上１１０００Ｎｍ３／ｈ以下である。ＤＲＫに投入された粗酸化亜鉛ケーキは、長さ３０ｍ程度のロータリーキルンの内部の装入端側でペレット状に造粒され、次に乾燥され、加熱され、排出端側で焼成される。
【００２９】
乾燥加熱工程における焼成温度は、酸化亜鉛鉱温度で９００℃以上１２００℃以下である。排出される焼鉱温度は、放射温度計にて、連続的に測定、監視されている。ここで、焼成温度については、酸化亜鉛鉱温度で１０５０℃以上１１５０℃以下の範囲となるように、維持管理することが好ましい。ＤＲＫには、酸化亜鉛鉱を排出する排出端側に、オイルバーナーが備えられており、排出端側から直火で加熱される。焼成温度は、このオイルバーナーへの供給重油量によって調節することができる。排出された酸化亜鉛鉱温度を監視することによって、オイルバーナーのオイル、例えば、重油使用量は、一般的には４００Ｌ／ｈ以上７００Ｌ／ｈの範囲で調整される。
【００３０】
乾燥加熱工程において、ＤＲＫから排出される酸化亜鉛鉱のサイズは、概ね、１ｍｍ以上６ｍｍ以下であり、その一般的な組成は、亜鉛が６０質量％以上７０質量％以下、鉛が３質量％以上５質量％以下、塩素が０．５質量％以上１．５質量％以下、フッ素が０．６質量％以下程度（いずれも乾燥量基準）である。フッ素含有率に関しては、用途に応じて、更に０．０５質量％以下で管理される場合もある。尚、一般的な酸化亜鉛製造プロセスにおける酸化亜鉛鉱の産出量は、６ｔ／ｈ以上１０ｔ／ｈ以下程度である。
【００３１】
（乾燥加熱用のロータリーキルン（ＤＲＫ））
ここで、本発明の酸化亜鉛鉱の製造方法の実施において用いる本発明に係る乾燥加熱用のロータリーキルンについて説明する。図１は、本発明に係る乾燥加熱用のロータリーキルンの代表的な具体例であるロータリーキルン１について、その技術的特徴となっている排出端側の構成を模式的に示す断面図である。
【００３２】
ロータリーキルン１は、中空円筒形状の窯であるキルン本体１０、キルン本体の一端部を覆う固定フード３０、キルン本体１０の内部を熱するための熱風を送風するオイルバーナー４０、及びキルン本体１０に回転力を伝える駆動ギヤ（図視せず）を備える回転式の加熱炉である。
【００３３】
ロータリーキルン１においては、オイルバーナー４０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤによりキルン本体１０を回転させながら、粗酸化亜鉛ケーキに加熱乾燥処理を施す。粗酸化亜鉛ケーキは、キルン本体１０の傾斜に沿って攪拌、焙焼されながらキルン本体１０の内部を排出端１１の方向に向かって移動してゆき、排出端１１からは、高温の焼成物６０として排出される。キルン本体１０は、鋼鉄製で、内側に２５ｍｍ以上３０ｍｍ程度の厚さで定型耐火物（レンガ）又は不定形耐火物（キャスタブル）によって耐火物層が形成されている。そのサイズは、一般的に、外径３．３ｍ、長さ３０ｍ、外装は厚さ２５ｍｍ程度である。本発明においては、内径２ｍ〜４ｍ、長さは２０ｍ〜５０ｍまでのキルン本体を備えるロータリーキルンをその適用範囲として想定している。
【００３４】
オイルバーナー４０は、図２に示す通り、略円筒形状のバーナータイル４６の内部に、バーナー本体４４と、旋回羽根部４５が備えられており、燃焼用空気を芯部の気流と外部の気流に分流することが可能な多層の空洞構成が形成されているバーナーである。この多層の空洞構成は、具体的には、中心部から順次、オイル及び噴霧用空気を吐出する吐出部４１、旋回流である１次空気ａ２を吹出す旋回流吹出し部４２、直進流である２次空気ａ３を吹き出す直進流吹出し部４３が、同心円状にこの順に形成されている。吐出部４１は主としてバーナー本体４４によって形成されており、バーナー本体４４の先端部分、即ち、吐出部４１の先端位置には、ノズル４４１が設置されている。又、旋回流吹出し部４２は主として旋回羽根部４５によって形成されている。そして、直進流吹出し部４３は旋回羽根部４５の外周とバーナータイル４６の内周との間の空隙として形成されている。
【００３５】
オイルバーナー４０においては、バーナー本体４４の先端のノズル４４１より噴霧されたオイルと燃焼用空気とが混合されて燃焼反応が起こり、図１に模式的に示すような態様でバーナーフレーム５０がロータリーキルン１の内部で形成される。オイルバーナー４０において、バーナー本体４４の先端に配置されているノズル４４１は、オイル噴霧の拡散角度を１５°以上３０°以下の範囲とすることができる形状であることが好ましい。ここで本明細書における「オイル噴霧の拡散角度」とは、図３のθで示されるような角度のことを言い、オイルの噴霧される仰角と俯角の角度の合計のことを言うものとする。例えば、オイル噴霧の拡散角度を仰角と俯角の合計で１５°、即ち、＋７．５度、−７．５度とすることができる形状であって、オイルと噴霧用空気が直径７ｍｍ以上９ｍｍ以下程度の４つの小孔４４２から吹き出すノズル４４１を備えるオイルバーナーを、本発明の実施に用いるロータリーキルン１が備えるべき好ましいオイルバーナーの一例として挙げることができる。
【００３６】
オイルバーナー４０においては、燃焼用空気ａ１を、旋回流である１次空気ａ２として吹き出す旋回流吹出し部４２を構成する旋回羽根部４５（図４参照）が、オイルバーナー４０の長手方向の中心先に対して４０°以上６０°以下の略同一角度で配置される複数枚の羽根４５１によって構成されている。例えば、旋回羽根部４５が、オイルバーナー４０の長手方向中心線に対して５０°の略同一角度を有する１６枚の板で構成されている旋回羽根部を備えるオイルバーナーを、本発明の実施に用いるロータリーキルン１が備えるべき好ましいオイルバーナーの一例として挙げることができる。
【００３７】
又、オイルバーナー４０においては、燃焼用空気ａ１を、直進流である２次空気として吹き出す直進流吹出し部４３は、上述の通り、旋回羽根部４５の外周とバーナータイル４６の内周との間の空隙として形成されている。例えば、旋回羽根部４５の外周部に略同心円状の１０ｍｍ以上１５ｍｍ以下の空隙として形成されている直進流吹出し部を備えるオイルバーナーを、本発明の実施に用いるロータリーキルン１が備えるべき好ましいオイルバーナーの一例として挙げることができる。
【００３８】
上記構成からなるオイルバーナー４０において、燃焼用空気ａ１は、バーナータイル４６とバーナー本体４４との間を通って導入される。そして、燃焼用空気ａ１は、図２に示すように、オイルバーナー４０の中心部の近傍の旋回流吹出し部４２を通る空気と、外周部近傍の直進流吹出し部４３を通る空気とに分流される。旋回流吹出し部４２を通る空気は、旋回羽根部４５によって旋回流ａ２となる。そして、直進流吹出し部４３を通る空気は、旋回羽根部４５を通過せずに、直進流ａ３として、キルン本体１０の内部に吹き込まれる。
【００３９】
ロータリーキルン１は、以上の構成からなるオイルバーナー４０を備えることにより、バーナーフレーム５０の直進性を向上させ、長くて狭いフレームとすることにより、バーナーフレーム５０の浮き上がりを抑制することが可能となる。これにより、バーナーフレーム５０がキルン本体１０の内壁に直接当たることを抑制して、当該内壁の過剰な加熱に起因するコーチングの発生を抑制することができる。
【００４０】
（コーチングの検出及び制御方法）
以下、コーチングの検出及び制御方法について、その詳細を説明する。前述の通り、コーチングが生成すると炉内環境は悪化の一途をたどり、好転させることは不可能に近い。よって、いかにコーチングの予兆を検出し、コーチングの生成を防止するかが、管理上の最大の要点になる。この点に鑑み、本発明の酸化亜鉛鉱の製造方法においては、ロータリーキルンの排出端から特定の距離だけ離れた位置を管理上の特定箇所とし、この特定箇所の管理温度範囲を定めて外表面温度を監視する。そして、その監視結果をロータリーキルンのオイルバーナーの調整に適宜フィードバックする。具体的には、オイルバーナー４０の吐出部４１の先端位置に配置されるノズル４４１の形状、旋回流吹出し部４２の形状、及び、直進流吹出し部４３の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更する。この方法により、オイルバーナー４０から噴出されるバーナーフレーム５０、即ち、火炎の広がりを、適宜最適化して、コーチングの生成を早期に検出し、或いはその成長を抑制することができる。この表面温度の監視方法の好ましい実施態様の具体例について以下に説明する。
【００４１】
コーチングの検出及び制御の第１の方法としては、ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の６分の１の長さだけ離れた位置におけるロータリーキルン１の外表面温度が、排出端１１からロータリーキルン１の全長の位置３分の１の長さだけ離れた位置におけるロータリーキルン１の外表面温度±２０℃の範囲となるように、オイルバーナー４０のノズル４４１の形状、旋回流吹出し部４２の形状、及び直進流吹出し部４３の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することによって、火炎の広がりを最適化する方法を挙げることができる。
【００４２】
コーチングの検出及び制御の第２の方法としては、ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の６分の１の長さだけ離れた位置におけるロータリーキルンの外表面温度が、ロータリーキルン１から排出される酸化亜鉛鉱の温度、ロータリーキルン１内の付着物の厚さと熱伝導率、ロータリーキルン１内の耐火物の厚さと熱伝導率、及び、外気温度から、熱計算によって導かれるロータリーキルン１の外表面温度の推定値＋５０℃未満となるように、オイルバーナー４０のノズル４４１の形状、旋回流吹出し部４２の形状、及び直進流吹出し部４３の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することによって、火炎の広がりを最適化する方法を挙げることができる。
【００４３】
又、コーチングの検出及び制御の第３の方法としては、ロータリーキルン１の排出端１１から５ｍ以上１０ｍ以下の位置におけるロータリーキルン１の外表面温度が、２５０℃以下となるように、オイルバーナー４０のノズル４４１の形状、旋回流吹出し部４２の形状、及び直進流吹出し部４３の形状のうちのいずれか若しくは全てを、適宜適切に変更することによって、火炎の広がりを最適化する方法を挙げることができる。
【００４４】
第１の方法における、ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の６分の１の長さだけ離れた位置とは、バーナーフレーム５０の先端の位置を意味し、ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の３分の１の長さだけ離れた位置とは、加熱された炉内の投入物によってロータリーキルン１の外表面が加熱され始める位置である。そこで、「ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の６分の１の長さだけ離れた位置」におけるロータリーキルン１の外表面温度と、「ロータリーキルン１の排出端１１からロータリーキルン１の全長の３分の１の長さだけ離れた位置」におけるロータリーキルン１の外表面温度が、ほぼ同じであれば、バーナーフレーム５０はキルン本体１０の内壁に直接当たっていないことが推認される。
【００４５】
第２の方法では、酸化亜鉛鉱温度が９００℃以上１２００℃以下であるのに対して、バーナーフレーム５０の温度が１４００℃以上１５００℃以下であることを利用して、酸化亜鉛鉱温度から推定されるロータリーキルンの外表面温度＋５０℃を閾値として、その温度を超えれば、バーナーフレーム５０がキルン本体１０の内壁に当たっていると判断する。
【００４６】
第３の方法は、判断基準とする各温度値等をより具体的に数値化したものである。又、火炎の広がりは、ノズル４４１の形状、旋回羽根部４５の形状、直進流吹出し部４３の形状（隙間巾等）を変更することで調節することができる。オイルバーナー４０の吐出部４１の先端位置にあるノズルの形状を変更することで、オイルの噴霧の拡散角度、即ち、バーナーフレーム５０の広がりを調節することができる。又、旋回羽根部４５の形状、直進流吹出し部４３の隙間巾を変更すれば、旋回羽根部４５を通過する空気流と旋回羽根部４５の外周を直進する空気流との、それぞれの圧力損失を調節することができ、旋回流ａ２と直進流ａ３の流量比率を調節することができる。そのことによって、バーナーフレームの広がりを調節することができる。
【００４７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。又、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４９】
下記に示す通りにオイルバーナー部の構成を順次改善した比較例、実施例２、実施例１のロータリーキルンを用いて、本発明の効果を検証するための試験操業を行った。試験操業用のロータリーキルンとしては、以下の実施例、比較例のいずれにおいても、キルン本体の外径が３．３ｍ、同長さが３０ｍ、キルン本体の外装厚さが２５ｍｍの鋼鉄製で、内側に２５〜３０ｍｍの厚さで定型耐火物（レンガ）及び不定形耐火物（キャスタブル）によって耐火物層が形成されているものを使用した。
（比較例１）
改善前のロータリーキルンを想定するものとして、本願発明に係るＤＲＫのように、燃焼用空気を芯部と外部に分流する構成は備えず、旋回流のみを吹き出すオイルバーナーを設置したＤＲＫを比較例１のＤＲＫとした。オイル噴霧の拡散角度については６０°となるようにノズルの形状を調整した。
（実施例２）
次に、本発明のＤＲＫ、即ち、中心部から順に同心円状に、吐出部、旋回流吹出し部、及び直進流吹出し部の３層の吹き出し口を形成したオイルバーナーを使用したＤＲＫを「実施例２」のＤＲＫとした。オイル噴霧の拡散角度については比較例１と同じ６０°のままとした。
（実施例１）
実施例２のＤＲＫについて、更に、オイルバーナーのオイル吐出部先端のノズルの形状を、オイル噴霧の拡散角度が３０°となる形状に更に変更したＤＲＫを「実施例１」のＤＲＫとした。
【００５０】
各実施例又は比較例のＤＲＫを用いた試験操業を以下の条件で行った。
各例のＤＲＫを用いたそれぞれの試験操業において、ロータリーキルンの排出端から１ｍ〜１０ｍの範囲でロータリーキルンの外表面温度の測定を行った。焼成温度は、酸化亜鉛鉱温度で１０５０〜１１５０℃の範囲となるように、オイルバーナーの重油使用量を４００〜７００Ｌ／ｈの範囲で調整した。又、空燃比が一定となるように、重油使用量に応じて、燃焼用空気流量も調整した。酸化亜鉛鉱の産出量は、６〜１０ｔ／ｈであった。上記の温度の測定は、操業立上げ後、２日後から２０日間、８時間に１回の頻度で行った。測定には、赤外線温度計を使用した。
【００５１】
図３は、キルンの排出端からの距離に対するキルンの外表面温度を表した図であり、排出端からそれぞれの距離にある位置における２０日間の平均値のデータをプロットしたものである。図３において、キルンの外表面温度が低い方が、バーナーフレームの浮き上がりを抑制することができていることを表している。
【００５２】
又、下記の表１は、改善前（比較例）と改善後（実施例１及び２）のコーチング発生に起因する停止時間率について、改善前を１００として示したものである。調査期間は、改善前が約１２ヶ月間、燃焼用空気分離後が約９ヶ月間、噴霧空気鋭角化後が約７ヶ月間である。本発明の実施によって、コーチングによる操業停止が大幅に減少したことが分かる。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
図３及び表１より、本発明の酸化亜鉛鉱の製造によれば、乾燥加熱用のロータリーキルンにおける、ハロゲンの高い除去率を達成するための十分な炉内温度を保持したまま、コーチングの成長を抑止して生産性の低下を回避することができること、即ち、高品位の酸化亜鉛鉱を高い生産性の下で製造することができる製造方法であることが分かる。
【符号の説明】
【００５５】
１          ロータリーキルン
１０        キルン本体
１１        排出端
３０        固定フード
４０        オイルバーナー
４１        吐出部
４２        旋回流吹出し部
４３        直進流吹出し部
４４        バーナー本体
４４１      ノズル
４４２      小孔
４５        旋回羽根部
４５１      羽根
４６        バーナータイル
５０        バーナーフレーム
６０        焼成物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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