(57)【要約】【課題】本発明は、粉体状の被処理物を攪拌する攪拌能力が高く、塊状の被処理物を切断・破砕することが可能な均一に処理された被処理物を得ることのできる簡素な構造で安価なロータリ式熱処理装置を提供することを課題とする。【解決手段】本発明のロータリ式熱処理は、軸線周りに回転するシェル（２）を備え、シェル内に、被処理物（Ｍ）を攪拌および粉砕する攪拌粉砕手段（３）を転動可能に収容することを特徴とする。  攪拌破砕手段（３）は、多角柱形状の骨組構造体であり、この骨組構造体は、複数の多角形の枠部材と、枠部材の各角部に接合された柱部材とから構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に被処理物の供給口を他端に該被処理物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルを備え、
該シェル内に、前記被処理物を攪拌および粉砕する攪拌粉砕手段を転動可能に収容することを特徴とするロータリ式熱処理装置。
【請求項２】
前記攪拌破砕手段は、多角柱形状の骨組構造体である請求項１に記載のロータリ式熱処理装置。
【請求項３】
前記骨組構造体は、複数の多角形の枠部材と、該枠部材の各角部に接合された柱部材とから構成される請求項２に記載のロータリ式熱処理装置。
【請求項４】
前記柱部材は前記被処理物を掻き上げる溝部を備える請求項３に記載のロータリ式熱処理装置。
【請求項５】
前記溝部の深さは前記シェル内へ供給された前記被処理物の堆積高さと同等もしくはそれ以下である請求項４に記載のロータリ式熱処理装置。
【請求項６】
前記骨組構造体の側面に塊状の前記被処理物を切断する平板部材を備える請求項２〜５のいずれかに記載のロータリ式熱処理装置。
【請求項７】
前記シェルを内包し、該シェルを加熱又は冷却する温度調整手段をさらに備える請求項１に記載のロータリ式熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はロータリ式熱処理装置に関する。より詳しくは、被処理物を攪拌・破砕およびシェルへの付着防止機構を備えるロータリキルンなどの粉体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固形の被処理物を回転する円筒体内に投入し、この円筒体内で被処理物が一端から他端まで移動する間に加熱又は加冷することで被処理物に所望の熱処理を施すロータリ式熱処理装置が知られている。
【０００３】
このようなロータリ熱体処理装置は、被処理物を投入する円筒形のシェルを略水平且つ軸中心で回転可能に設置し、そのシェルの外周に加熱または加冷手段を併設し、回転駆動するシェル内で各種粉粒体などの被処理物を流動せしめてシェル内壁に接触させながら、シェルの一端から他端へと移動させることで加熱又は加冷の熱処理を行うロータリキルン型の装置である。
【０００４】
かかる装置において、各種粉粒体などの被処理物に効率よくかつ均一に熱処理を施すために、シェルの内壁に被処理物を攪拌するリフタを設けたり、シェル内に被処理物を破砕あるいは粉砕するビータを収容したりする方法が提案されている。
【０００５】
例えば、シェルの円周内面に回転方向に沿って被処理物を上昇反転させることで、被処理物を攪拌可能なリフタを設けたロータリキルンが開示されている（特許文献１参照）。
【０００６】
また、ビータと転動シャフトとを組み合わせてシェル内に収容し、シェルが回転することで、被処理物を解砕、破砕あるいは整粒する解砕粉砕整粒装置が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特許第３７４２９４７号公報
【特許文献２】特許第２９４４９９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、シェル内壁に固定されたリフタでは、粉粒体を攪拌する効果はあるが、塊状の被処理物やシェル内で凝集して生じる団塊状の被処理物を破砕して所望の粒度にまで粉砕することはできない。
【０００８】
また、上記のような解砕粉砕整粒装置では、塊状の被処理物を解砕、粉砕する機能と、シェル内壁に付着した被処理物をビータ部材が自転する際の振動・衝撃により剥離させるノッカー効果は有するものの、粉体状の被処理物を攪拌して均一な品質を得る攪拌能力に優れているとはいえない。特に、シェルの回転速度が低い場合には、粉体状の被処理物の堆積層がシェル内面に対して滑りを生じてしまい、堆積層内で被処理物を上下に反転できないことがある。それ故、上記の解砕粉砕整粒装置による被処理物の攪拌は極めて困難であり、均質な粉粒体を得ることはできない。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、粉体状の被処理物を攪拌する攪拌能力が高く、塊状の被処理物を切断・破砕することが可能で、被処理物のシェル内壁への付着を防止するとともに、ノッカー機能を具備することで、均一に処理された被処理物を得ることのできる簡素な構造で安価なロータリ式熱処理装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のロータリ式熱処理は、一端に被処理物の供給口を他端に被処理物を排出する排出口を有する軸線周りに回転するシェルを備え、シェル内に、被処理物を攪拌および粉砕する攪拌粉砕手段を転動可能に収容することを特徴とする。
【００１１】
攪拌破砕手段は、多角柱形状の骨組構造体であり、この骨組構造体は、複数の多角形の枠部材と、枠部材の各角部に接合された柱部材とから構成されていることが望ましい。
ここで、柱部材は被処理物を掻き上げる溝部を備え、この溝部の深さはシェル内へ供給された被処理物の堆積高さと同等もしくはそれ以下であることが好ましい。また、骨組構造体の側面に塊状の被処理物を切断する平板部材を備えることもできる。
本発明のロータリ式熱処理は、シェルを内包し、このシェルを加熱又は冷却する温度調整手段をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のロータリ式熱処理装置は、被処理物を攪拌及び粉砕する攪拌粉砕手段をシェル内に転動可能に収容しているので、シェルの回転に伴ってこの攪拌粉砕手段が転動することにより被処理物を効果的に攪拌するとともに粉砕することができる。また、攪拌粉砕手段を多角柱形状の骨組構造体とすることで、シェル内面に付着した被処理物を削ぎ落とすスクレーパ効果をも発揮することができる。さらに、骨組構造体は多角柱形状なので、転動することでシェル内壁に衝撃を与えるノッカー効果をも有し、このノッカー効果によりシェル内壁に付着した被処理物を剥離、落下させることができる。
【００１３】
また、骨組構造体の稜線部（柱部材）に形成される溝部は、骨組構造体が転動することによって粉体状の被処理物を溝部に掬い上げかつ放散するリフタとしての機能を発揮するので、骨組構造体の攪拌能力をさらに向上することができる。
【００１４】
さらに、平板部材を骨組み構造体の側面（隣り合う稜線の間）に設けることにより、団塊状の被処理物を切断破砕（ギロチン破砕）し、切断破砕された破砕塊をさらに稜線部の溝部に捉えシェル内壁と協働してさらに細かく粉砕することができる。
【００１５】
本発明のロータリ式熱処理装置は、上記のような骨組構造体を収容するという簡易で安価な構成で、ロータリ式熱処理装置の攪拌効率を向上し均質な被処理物を得ることができる。また、リフタ機能を持たない従来の例えば外熱式ロータリキルンのシェル内部にこのような骨組構造体を挿入設置することで、上記のような多くの優れた機能を有する本発明のロータリ式熱処理装置とすることができる。
【００１６】
また、本発明のロータリ式熱処理装置は、それのみで、被処理物を攪拌する攪拌能力が高く、塊状の被処理物を切断・破砕することができ、被処理物のシェル内壁への付着を防止するとともに、ノッカー機能をも具備しているので、被処理物を効率よく均質化することができる。従って、被処理物を破砕や粉砕する別工程を必要とせず、工程数の低減やスペースの狭小化、また、設置コストやランニングコストの低下、処理時間の短縮などが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の一実施の形態を図によって説明する。
【００１８】
図１は、本発明になるロータリ式熱処理装置の概略構成を示す縦断面図である。このロータリ式熱処理装置１は、一端に被処理物の供給口２ａと他端に処理された被処理物の排出口２ｂとを有するステンレス鋼等からなるシェル２と、このシェル２の内部に転動可能に収容された攪拌粉砕手段３とを備えている。
【００１９】
シェル２は、その軸線が水平か又は排出側が僅かに下がるように傾斜して回転可能に台枠４上に設置されている。シェル２の両端付近には、環状のタイヤ５、５がシェル外周面に一体的に付設されており、シェル２は、これらの部分で受けコロ６、６によって支持されている。
【００２０】
シェル２は、後部排出側（図１中右側）の受けコロ６と排出口２ｂとの間にシェル２の外周面に一体的に設けられているスプロケットホイール７と、台枠４に支持された駆動モータ８のスプロケット９とをチェーン１０で連結しており、これによりシェル２は減速駆動され軸線を中心として回転駆動される。
【００２１】
シェル２の前部供給側（図１中左側）には、ホッパ１２の筒部が挿入され、その筒部にはスクリュー１３が軸中心で回転自在に挿入されている。ホッパ１２は台枠４に載置固定されており、その内部には被処理物が投入される。スクリュー１３の軸端にはスプロケット１４が軸着されており、モータ１５のスプロケット１６によりチェーン１７を介して駆動伝達されている。
【００２２】
一方、シェル２の後部排出側（図１中右側）は、排出口２ｂから排出された被処理物を取り出す取出室１９に臨んでいる。また、シェル２内に挿入配置されている攪拌粉砕手段３の排出側への移動を阻止するストッパ２０がシェル２の内壁に沿って立設されている。ストッパ２０は、攪拌粉砕手段３の排出側への移動を阻止できればよく、連続した環状体でなくてもよい。弧状の板部材を適宜の隙間を隔ててシェル２の内壁に立設し、その隙間からシェル内壁を伝って移動して来る被処理物を取出室４０内に落下するようにしてもよい。
【００２３】
本実施の形態では、攪拌粉砕手段は多角柱形状の骨組構造体３であり、シェル２の内部に挿入配置されている。この骨組構造体３は、シェル２の軸長にほぼ等しい内部空間に転動可能に収容されている。
【００２４】
図２に骨組構造体３の部分斜視図を示す。骨組構造体３は、複数の多角形の枠部材３１とこの枠部材３１に直交し角部同士を接続する複数の柱部材３２とから構成されている。柱部材３２は骨組構造体３の稜線を形成するとともに、骨組構造体３の軸心方向に凹の溝部３２ａをその全長にわたって有している。
【００２５】
骨組構造体３は、その軸線がシェル２の軸線に平行となるようにシェル２内に収容されているので、シェル２の回転に伴って転動し、流動している粉体状の被処理物を柱部材３２の溝部３２ａで掻き上げることができる。ここで、溝部３２ａの深さｄは、被処理物の堆積高さと同等もしくはそれ以下であることが望ましい。溝部３２ａの深さｄをこのように形成することで、微細でシェル内周面との滑性の高い粉末状の被処理物をも効果的に攪拌することができる。このような溝部３２ａは、塊状の被処理物を捉えてシェルの内周面と協働して破砕あるいは粉砕することもできる。溝部３２ａの断面形状は、Ｕ字形でもＶ字形でもその他の形状でもよく特に制約はないが、塊状の被処理物を捉えてシェルの内周面と協働して効率よく破砕あるいは粉砕するためには、Ｖ字形が望ましい。
【００２６】
また、骨組構造体３の側面（枠体３１の各辺の所定の位置）に各枠部材に接合する平板部材３３を設けてもよい。平板部材３３は、その厚み方向を側面側に露出するように枠部材３１に接合することで、刃物と同様に大きな塊状の被処理物を２個以上の小さな破砕塊に切断分離することができる。
【００２７】
なお、本発明のロータリ式熱処理装置においては、骨組構造体３の枠部材３１の外接円の直径をシェル２の内径の１／３〜２／３程度とするとよい。被処理物の堆積高さにもよるが、外接円の直径がシェル内径の１／３より小さい場合には、十分な攪拌効果を期待できない場合がある。また、２／３よりも大きい場合には、骨組構造体３の転動によるノッカー効果（シェルの内壁に与える衝撃力）が小さくなり、シェル内周面への被処理物の付着を防止する効果が低減されることがある。
【００２８】
なお、枠部材３１の外形形状は特に限定はなく、三角形以上の多角形であればよい。しかし、転動の安定性、転動によるノッカー効果あるいは製作の容易さなどを考慮すると正六角形が望ましい。また、骨組構造体３は、所望の重量と耐熱性とを有する剛体であればよい。例えば、所定形状の鋼板の枠部材３１と、Ｌ形鋼の柱部材３２と、平板鋼の平板部材３３とを溶接して形成した溶接構造体とすることができる。鋼材の溶接構造体とすることで簡易で安価な骨組構造体を得ることができる。
【００２９】
次に本発明のロータリ式熱処理装置の作用について図３に基づいて説明する。図３は、図１のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【００３０】
被処理物Ｍは、シェル２の回転中にはシェルの内周面２ｃとの摩擦により回転方向に引き上げられて図３に示すように偏在する。シェル２ｃ内壁に接している堆積層の底部Ｍ１は表層部Ｍ２よりも処理の進行度合いが速い。しかし、シェル２は比較的低速で回転されるので（例えば、０．５〜１．５ｒｐｍ）、堆積層はその形状を保ってシェルの内壁に沿って滑っているだけで、堆積層内における被処理物の上下方向の反転（攪拌効果）は小さい。
【００３１】
本発明のロータリ式熱処理装置は、シェル２内に骨組構造体３を収容しているので、骨組構造体３は、シェル２が矢印イ方向に回転するとき、矢印ロ方向へ倒れて自転する。ここで、シェル２の内壁に当接している柱部材Ｌ（以後、リフタともいう。）を例に採ると、リフタＬは、位置ａからｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆと順次位置を変えて一回転する。リフタＬは位置ａから位置ｂまでは粉末状の被処理物の堆積層Ｍ内に沈潜しているので、この間ではリフタＬは堆積層Ｍ内で被処理物を攪拌する。
【００３２】
次に、位置ｂから位置ｄでは、リフタＬは堆積層Ｍの最も処理の遅れている表層部Ｍ２を掬い上げて溝部３２ａに保持した状態で位置ｄまで上昇する。リフタＬに保持された被処理物Ｍ２は、位置ｄから位置ｆへ下降する間に溝部から徐々に放散され落下してシェル内壁に接する堆積層Ｍの底部Ｍ１に移動する。このように堆積層の底部と表層部の被処理物が入れ替わることができるので、被処理物に均一に熱処理を施すことができる。
【００３３】
また、比較的微細な粉体となった被処理物は図３のような堆積層Ｍを形成するが、例えば、スラリー性状物や化学反応を伴う混合物などのように粘着性の高い被処理物では、シェルの回転によって被処理物が凝集して団子状の塊状物を生じることがある。このような塊状物は、その表面近傍は容易に処理されるものの内部にまで均一に処理を施すことは困難である。塊状物は微細な粉末に比べて重量があるのでシェルの底部（位置ａ）近傍で転動している。例えば、塊状物Ｄは、骨組構造体３の転動に伴い平板部材Ｎに係止され、骨組構造体３のシェル２に対する相対移動によりシェル内壁２ｃと協働して切断・分離される。また、リフタＬも位置ｆから位置ａの間でこのようにして切断・分離された破砕塊やその他の塊状物を捉えるとともに、同様にシェル内壁２ｃと協働してこれらの塊状物を押圧して破砕あるいは粉砕することができる。
【００３４】
骨組構造体３は、多角形であるのでその稜線部がシェル内壁２ｃに順次接することで転動している。しかし、シェルの回転速度と骨組構造体の転動速度とは異なるのでシェル内壁２ｃに被処理物が付着していれば骨組構造体の稜線部（柱部材）で掻き落とすことができる。即ち、スクレーパ効果である。
【００３５】
また、例えば、位置ａにあるリフタＬが持ち上がって骨組構造体３が矢印ロ方向に傾斜し、傾斜がさらに進むと重心の移動によって位置ｆにあるリフタがシェル内壁２ｃ上に落下する。つまり、骨組構造体３はシェル２内で転動することで、常にシェル２に衝撃を与えており、この衝撃力でシェル内壁２ｃに付着した被処理物Ｍ´を落下させることができる。即ち、ノッカー効果である。
【００３６】
以上のように、切断され、粉砕され、且つ十分に攪拌されて均質に処理を施された粉体状の被処理物は、シェル２が傾斜しているので、シェル２の供給側から排出側へと移動して取出室１９内へ落下する。落下した被処理物は、必要に応じて次工程へ搬出される。
【００３７】
なお、本発明のロータリ式熱処理装置は、ホッパ１２内の被処理物を連続処理することは勿論であるが、シェル２内に所定充填量の被処理物を投入してバッチ処理することもできる。
【００３８】
本発明のロータリ式熱処理装置１は、加熱処理の場合には、シェル２を外周から加熱する加熱室を備えることができる。この加熱室は、例えば、鉄板製の外殻と耐火性の断熱材とで形成されており、台枠４の上に固定されている。また、加熱室には、加熱用のバーナと燃焼ガスの排気口とを設けるとよい。一方、冷却処理の場合には、シェルを外周から冷却する冷却機構を備えており、例えば、散水用のノズルを有する配管をシェル２の外側面の周りに適宜配設して冷却機構としてもよい。
【００３９】
さらに、この骨組構造体３は、シェル２内に１本だけでなく、軸方向で複数に分けた複数本にて収容することもできる。骨組構造体３を複数本とした場合、傾斜したシェル内で各構造体が互いに干渉するのを避けて独立して回転することができるように、環状又は弧状の板からなるストッパ部材をシェル内壁の所望の位置に立設する。
【００４０】
また、被処理物の特性や処理条件、所望の粒度などにより、骨組構造体３を例えば、図４に示すようにシェル２内の所定の範囲にのみ配置するようにしてもよい。
【実施例】
【００４１】
以下、本発明を実施例によってさらに詳しく説明する。
【００４２】
図４は、フッ化カルシウム（蛍石）と硫酸もしくは発煙硫酸（以後、単に硫酸という）との反応によりフッ化水素と硫酸カルシウム（石膏）を製造するのに好適なロータリ式熱処理装置の一例である。被処理物は、シェル２の供給口２ａ側では、常温から１００℃付近の未反応のフッ化カルシウムと硫酸、および反応により生成したフッ化水素と硫酸カルシウムから構成される湿粉体の反応混合物であり、シェル２の外周面を３００℃程度に加熱することで、反応が完結した状態である微粉粒の硫酸カルシウムとして排出口２ｂ側より取り出される。
【００４３】
このロータリ式熱処理装置の主要部の寸法は、シェル内径：２．０ｍ、シェル長さ：１０ｍであり、シェルは１／１００の勾配で排出側に傾斜して設置されている。また、骨組構造体の主な寸法は、正六角形の枠部材の外接円直径：１．１ｍ、構造体の長さ：３．０ｍ、平板部材の厚さ９ｍｍである。なお、領域Ｚ１と領域Ｚ２にはシェルの回転により自転するスクリューＳ１、Ｓ２が配置されており、未反応部分を含む混合物の反応を完結させるとともに湿粉体をスムースに移動できるようになっている。また、領域Ｚ４は反応を完結することにより得られる硫酸カルシウム（石膏）の排出ゾーンである。
上記の骨組構造体をシェルの領域Ｚ３に収容して、シェルを１．０ｒｐｍの速度で回転
しながら、湿粉体である前記反応混合物を供給速度２ｔ／ｈで供給した。
【００４４】
上記の条件でロータリ式熱処理装置を１２時間稼働したところ、生成物である硫酸カルシウムは、塊状物や団粒の混在していない粒径が０．５〜２ｍｍの微細且つ均一で流動性のある粉粒体として得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明のロータリ式熱処理装置は、スラリー性状物や粘着性物質などの焼成又は乾燥処理や、化学反応を伴う反応処理を行う外熱式ロータリキルンに適用して多大な効果を奏する。また、低熱伝導物や塊状物などを粉砕し冷却するロータリ式冷却装置に適用して多大な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施形態のロータリ式粉末処理装置を説明する断面概要図である。
【図２】骨組構造体の構成を説明する部分斜視図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面模式図である。
【図４】実施例の主要部を示す縦断面概要図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：ロータリ式熱処理装置  ２：シェル  ２ａ：供給口  ２ｂ：排出口  ３：攪拌粉砕手段（骨組構造体）  ３１：枠部材  ３２：柱部材  ３２ａ：溝部  ３３：平板部材
【図１】
2008045791.tif 000003
【図２】
2008045791.tif 000004
【図３】
2008045791.tif 000005
【図４】
2008045791.tif 000006