(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転しながら被処理物の原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルンの、前記原料の搬送方向下流側の端部に設けられるガスシール装置であって、
前記ロータリーキルンから排出される化学反応処理後の前記被処理物が投入され、流動物質からなる流動層と、
前記流動層にガスを吹き込むガス吹込み部と、
有底筒状の形状を有し、前記流動層を収容し、底部には前記ガス吹込み部が接続される筒部と、
前記筒部の内面に沿って駆動し、投入された前記被処理物を前記流動層から排出するコンベアと、
を有することを特徴とするロータリーキルンのガスシール装置。
【請求項２】
前記流動層は、前記ガス吹込み部から吹き込まれるガスによって、流動化することを特徴とする請求項１に記載のロータリーキルンのガスシール装置。
【請求項３】
前記流動物質は、前記被処理物よりも比重が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載のロータリーキルンのガスシール装置。
【請求項４】
前記ガス吹込み部は、前記ロータリーキルンの内部での化学反応処理を阻害しない前記ガスを吹き込むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のロータリーキルンのガスシール装置。
【請求項５】
回転しながら被処理物の原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルンの、前記原料の搬送方向下流側の端部に流動物質からなる流動層を、有底筒状の形状を有する筒部に収容し、
前記筒部の底部から前記流動層にガスを吹き込み、
前記ガスが吹き込まれた状態の前記流動層に、前記ロータリーキルンから排出される化学反応処理後の前記被処理物を投入し、前記筒部の内面に沿って駆動するコンベアを用いて投入された前記被処理物を前記流動層から排出することを特徴とするロータリーキルンのガスシール方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ロータリーキルンのガスシール装置およびガスシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鉄プロセスにおける製鋼工程では、溶銑の各精錬プロセスにおいて鉄鋼スラグと呼ばれる残渣が発生する。これらの鉄鋼スラグ中には、燐を含む有価金属が含有されているため、還元処理等によってこれらの有価金属を鉄鋼スラグから分離する処理が行われている。鉄鋼スラグから燐を分離回収する方法としては、ロータリーキルンを用いた還元焙焼法が知られている。
還元焙焼法を用いた燐の分離回収法では、溶銑の予備脱燐処理時に発生する鉄鋼スラグおよび溶銑の脱炭精錬時に発生する鉄鋼スラグの少なくとも一方の鉄鋼スラグを、ロータリーキルンに投入し、ロータリーキルン内の還元雰囲気中で焙焼する。還元焙焼により、まず、鉄鋼スラグからは含有される鉄酸化物が還元され、還元鉄として回収される。そして、鉄酸化物の含有量が低下した鉄鋼スラグを還元処理することで、鉄鋼スラグ中の燐酸化物が、気相へ還元除去されることで分離回収される。鉄酸化物および燐の含有量が低下した鉄鋼スラグは、製銑工程および製鋼工程の精錬処理で使用されるＣａＯ源としてリサイクルされる。また、回収された還元鉄は、製銑工程および製鋼工程における鉄源としてリサイクルされる。
【０００３】
通常、還元処理用のキルンには、炉内のガスの漏出や炉内への大気流入を防ぐため、気密性が求められる。しかし、回転式の加熱炉であるロータリーキルンの場合、キルン本体端部の被処理物の排出口が開口しており、排出口での気密性を高めるためのシール構造が求められている。
機械構造物のシール構造としては、一般的に、弁体を上下に２つ備え、上下の弁体を交互に機械的に開閉させることにより、上下のエアシールをしながら処理物を排出するダブルダンパー方式が知られている。
【０００４】
また、特許文献１には、炉内の還元雰囲気を保ちながら処理物を回収する手法として、処理物排出口に水槽を用意し、処理物は水中に落とし、キルン排出口は水でガスシールする方法が開示されている。
さらに、特許文献２には、内部ガスの炉外への漏出を防ぐ手法として、外気を導入する外気導入機構をキルン排出口のシール空間に設け、キルン内へ導入された外気を流入させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２４８０２号公報
【特許文献２】特開２０１３−５０２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、還元焙焼法では１０００℃以上の高温度で原料を処理するため、処理後の被処理物が１０００℃を越える高温となる。このため、ダブルダンパー方式のシール構造の場合、高温の被処理物と接触する弁体は、温度が上昇し相応の膨張を生じる。このため開閉時の機械的な干渉が発生してしまう。仮に、この膨張を吸収するため弁体とダブルダンパー本体間に隙間を空けると気密性が低下してしまう。
また、特許文献１に記載の方法の場合、水に濡れた処理物を水から固液分離し、処理物を一定の水分率以下に乾燥させる必要がある。このため、分離および乾燥のための処理設備や処理コストが発生する。
【０００７】
さらに、特許文献２に記載の方法の場合、外気が炉内へ流入するため、炉内の還元雰囲気が保持できない。また、排出口が開放しているため、完全にガスシールすることが出来ずに気密性が低下してしまう。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、ロータリーキルン内の気密性を保ちながら、且つロータリーキルンから取り出した被処理物の乾燥処理の必要がないロータリーキルンのガスシール装置およびガスシール方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、回転しながら被処理物の原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルンの、原料の搬送方向下流側の端部に設けられるガスシール装置であって、ロータリーキルンから排出される化学反応処理後の被処理物が投入され、流動物質からなる流動層と、流動層にガスを吹き込むガス吹込み部とを有することを特徴とするロータリーキルンのガスシール装置が提供される。
本発明の一態様によれば、回転しながら被処理物の原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルンの、原料の搬送方向下流側の端部に流動物質からなる流動層を設け、流動層にガスを吹き込み、ガスが吹き込まれた状態の流動層に、ロータリーキルンから排出される化学反応処理後の被処理物を投入することを特徴とするロータリーキルンのガスシール方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ロータリーキルン内の気密性を保ちながら、且つロータリーキルンから取り出した被処理物の乾燥処理の必要がないロータリーキルンのガスシール装置およびガスシール方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態のロータリーキルンを示す模式図である。
【図２】ガスシール装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜ガスシール装置の構成＞
まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態のロータリーキルン１の構成を説明する。ロータリーキルン１は、原料となる鉄鋼スラグＡおよび炭材Ｂを加熱することにより、鉄鋼スラグＡを還元焙焼（化学反応処理）し、化学反応処理後の還元鉄および燐含有量の低下したスラグを被処理物Ｃとして回収する装置である。鉄鋼スラグＡは、製鋼工程における溶銑の予備脱燐処理や脱炭精錬時に発生し、燐酸化物を含有したスラグである。また、炭材Ｂは、木炭や石炭、コークス等の還元剤である。図１に示すように、ロータリーキルン１は、筒部２と、上部フード部３と、下部フード部４と、投入部５と、加熱部６と、ガスシール装置７と、回収部８と、ガス回収配管９とを有する。
【００１２】
筒部２は、円筒状の形状を有し、高さ方向が水平方向に所定角度傾斜した方向に延在して設けられる。筒部２は、円筒状の高さ方向に被搬送物である鉄鋼スラグＡ、炭材Ｂおよび被処理物Ｃを搬送し、高さ方向が水平方向に所定角度傾斜することで、被搬送物の搬送方向上流側の端部に対して搬送方向下流側の端部が鉛直方向に低くなるように設けられる。水平方向に対する筒部２の高さ方向の傾斜角は、数度程度であるが、それ以上であってもよい。また、筒部２には、一対の回転ギア２１ａ，２１ｂと、一対の駆動ギア２２ａ，２２ｂとが設けられる。一対の回転ギア２１ａ，２１ｂは、筒部２の高さ方向両端部の外周に沿ってそれぞれ設けられる。一対の駆動ギア２２ａ，２２ｂは、筒部２の高さ方向両端部に、一対の回転ギア２１ａ，２１ｂに接続してそれぞれ設けられる。また、一対の駆動ギア２２ａ，２２ｂは、不図示のモータ等の駆動装置からの駆動力を受けて回転駆動することで、接続された一対の回転ギア２１ａ，２１ｂが設けられた筒部２を周方向に回転させる。
【００１３】
上部フード部３は、被搬送物の搬送方向上流側となる筒部２の端部を覆って設けられる。また、上部フード部３には、投入部５および加熱部６がそれぞれ挿入される２つの開口部が側部に形成される。下部フード部４は、被搬送物の搬送方向下流側となる筒部２の端部を覆って設けられる。また、下部フード部４には、ガスシール装置７に接続される排出口４１が下部に形成され、ガス回収配管９が接続される開口部が上部に形成される。
投入部５は、上部フード部３の側部に形成された開口部を介して、筒部２の内部に挿入される筒状のシュートであり、不図示の原料供給装置に接続される。投入部５は、原料供給装置から所定の混合比で供給される鉄鋼スラグＡおよび炭材Ｂを筒部２の内部に投入する。
加熱部６は、バーナー等の加熱装置であり、筒部２の内部を１２００℃〜１５００℃程度に加熱する。また、加熱部６は、筒部２内に投入された炭材Ｂを直接加熱することが可能な位置に設けられる。
【００１４】
ガスシール装置７は、図２に示すように、第１筒部７１と、第２筒部７２と、ガス吹込み部７３と、流動層７４と、コンベア７５とを有する。第１筒部７１は、有底筒状の形状を有し、底部７１１が鉛直方向上側となるように設けられる。また、第１筒部７１は、底部７１１の中央に、排出口４１に接続される投入口７１２を有する。第２筒部７２は、有底筒状の形状を有し、底部７２１が鉛直方向下側となるように設けられる。また、第２筒部７２は、第１筒部７１を収容可能な大きさであり、上方に第１筒部７１の上部の一部が突出した状態で第１筒部７１を収容する。第２筒部７２の底部には、複数の孔７２２が形成される。ガス吹込み部７３は、第２筒部７２の底部７２１に接続して設けられ、底部７２１の複数の孔７２２を介して第２筒部７２および第１筒部７１の内部へとガスＧを吹き込む。ガス吹込み部７３から吹き込まれるガスＧは、ロータリーキルン１内での化学反応処理を阻害しない成分のものであり、例えばＡｒ，Ｎ２，ＣＯ等のガスが用いられる。流動層７４は、化学反応処理後の被処理物Ｃよりも比重の軽い流動物質からなり、第２筒部７２と第２筒部７２に収容された第１筒部７１の内部に収容される。流動物質は、軟化温度が１０００度以上で、且つ粒度が均一な砂である。コンベア５４は、網目状のネットコンベアであり、第２筒部７２の内面および外面に沿って設けられる。コンベア７５は、不図示の駆動装置によって、第２筒部７２の内面および外面に沿って駆動する。ガスシール装置７は、ガス吹込み部７３から流動層７４へとガスＧが吹き込まれ、吹き込まれたガスＧが鉛直方向上側へと移動することにより、流動層７４が流動化する。なお、コンベア７５は、ネットコンベアであるため、ガス吹込み部７３から吹き込まれるガスＧの流動層７４中の移動を妨げることはない。
【００１５】
回収部８は、上面が開口した箱状の形状を有し、ガスシール装置７の下方に設けられる。回収部８は、後述するように、ガスシール装置７から排出される被処理物Ｃを回収・収容する。
ガス回収配管９は、下部フード部４の上面の開口部に接続して設けられる。ロータリーキルン１内での還元処理によって生じる、燐を含んだ発生ガスは、ガス回収配管９を通じて、不図示のガス回収設備へと送られ、回収される。
【００１６】
＜ガスシール方法＞
次に、本実施形態に係るロータリーキルン１のガスシール方法について説明する。まず、原料となる鉄鋼スラグＡおよび炭材Ｂが投入部５から筒部２へと投入される。この際、加熱部６が燃焼加熱することで、筒部２内の雰囲気温度は１２００℃〜１５００℃程度に加熱される。投入された原料は、筒部２が一対の駆動ギア２２ａ，２２ｂによって回転することで、投入部５および上部フード部３が設けられた搬送方向上流側から下部フード部４が設けられた搬送方向下流側へと搬送される。
次いで、投入された炭材Ｂが加熱部６によって直接加熱されることによりＣＯガスが発生し、筒部２内が還元雰囲気となる。さらに、筒部２内が還元雰囲気にて、鉄鋼スラグ中の酸化鉄および燐酸化物が順に還元される。このように、原料が化学反応処理されることで、還元鉄および燐含有量の低いスラグからなる被処理物Ｃが製造される。なお、鉄鋼スラグ中の燐は、気相へと還元除去され、ガス回収配管９から回収される。
【００１７】
その後、化学反応処理され、筒部２の端部まで搬送された被処理物Ｃは、排出口４１およびガスシール装置７の投入口７１２を通じて、第１筒部７１内の流動層７４の上部へ投入される。このとき、ガスシール装置７は、ガス吹込み部７３からガスＧが吹き込まれることにより、流動層７４が流動化した状態となっている。流動化した流動層７４へ投入された被処理物Ｃは、流動物質との比重差によって流動層７４内を沈降し、第１筒部７１よりも下方まで移動し、最終的に第２筒部７２の底部７２１に到達する。そして、底部７２１に到達した被処理物Ｃは、コンベア７５によって、第２筒部７２の内面に沿って、第２筒部７２の側部さらに上部へと移動し、上部の開口面から流動層７４の外へと排出される。排出された被処理物Ｃは、その後、第２筒部７２の側部の外面に沿って移動し、第２筒部７２の下方でコンベア７５から離脱することで、回収部８へ回収される。
【００１８】
＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
例えば、上記実施形態では、加熱部６が被搬送物の搬送方向上流側に設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、加熱部６は、搬送方向下流側に設けられてもよい。
また、上記実施形態では、筒部２には、一対の回転ギア２１ａ，２１ｂと、一対の駆動ギア２２ａ，２２ｂとが設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。筒部２に長さに応じて３個以上の回転ギアおよび駆動ギアが設けられてもよい。
【００１９】
さらに、上記実施形態において、ガス吹込み部７３からガスＧを吹き込む際に、吹き込むガスＧの温度を低くしてもよい。ガスＧの温度を被処理物Ｃよりも低くすることにより、流動層７４を冷却することができ、流動層７４の高温化を防止することができる。
さらに、上記実施形態では、流動層７４の流動物質に砂を用いるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。流動層７４の流動物質は、被処理物の温度に耐えられ、且つ被処理物よりも比重が小さいものであれば、アルミナやシリカ等の酸化物等の他のものであってもよい。なお、流動物質は、粒径が均一であることが好ましい。
さらに、上記実施形態では、ガスシール装置７から被処理物Ｃを取り出す際に、コンベア７５を用いる構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、他の取り出し機構を用いて、流動層７４の下まで沈降した被処理物Ｃが取り出されてもよい。
【００２０】
＜実施形態の効果＞
（１）本発明の実施形態に係るロータリーキルンのガスシール装置７は、回転しながら被処理物の原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルン１の、原料の搬送方向下流側の端部に設けられるガスシール装置７であって、ロータリーキルン１から排出される化学反応処理後の被処理物Ｃが投入され、流動物質からなる流動層７４と、流動層７４にガスＧを吹き込むガス吹込み部７３とを有する。
上記構成によれば、流動層７４によってロータリーキルン１内部の還元雰囲気が密閉される。流動層７４を用いたシール方法の場合、ダブルダンパー方式のような機械的なシール構造に比べ機械的な干渉が生じない。また、特許文献２のようにロータリーキルン１の排出側を開口させる必要がないため、外気の流入を防止することができる。このため、ロータリーキルン１の高い気密性を得ることができる。また、ダブルダンパー方式で高温の被処理物Ｃを取り出す場合、焼きつき防止のためにベアリング部を水冷する必要があるため、冷却水循環ポンプ等の付帯設備の初期コストおよびメンテナンスコストの増大が問題となる。一方、上記構成によれば、被処理物Ｃは流動層７４へと回収され、高温の被処理物Ｃとガスシール装置７の機械部分が直接接触しないため、ガスシール装置７を冷却するための付帯設備を設ける必要がない。
【００２１】
また、上記構成によれば、特許文献１のような水封をする場合に比べ、被処理物Ｃを水に濡らさずに取り出すことができる。このため、被処理物Ｃを水から分離、また乾燥するための処理の必要がなくなる。また、水封する方法の場合、シールに用いる水を定期的に処理する必要があるが、上記構成ではこのような水の処理をしなくてもよい。したがって、水封をする場合に比べ、被処理物Ｃの分離・乾燥の処理に掛かるコストや、水の処理に掛かるコストを低減することができる。さらに、上記構成によれば、水封を用いる場合と異なり、被処理物Ｃが禁水のものでも適用することができる。
【００２２】
（２）流動層７４は、ガス吹込み部７３から吹き込まれるガスＧによって、流動化する。
（３）流動物質は、被処理物Ｃよりも比重が小さい。
上記（２），（３）構成によれば、被処理物Ｃを流動層７４中に確実に沈降させることができる。
（４）流動物質は、軟化温度が１０００℃以上の砂である。
上記構成によれば、砂が粉化するまでの長期間にわたって流動物質を使用することができるため、メンテナンスに掛かるコストを低減することができる。
【００２３】
（５）ガス吹込み部７３は、ロータリーキルン１の内部での化学反応処理を阻害しないガスＧを吹き込む。
上記構成によれば、ロータリーキルン１内の還元雰囲気を確実に保つことができる。
（６）本発明の実施形態に係るロータリーキルン１のガスシール方法は、回転しながら被処理物Ｃの原料を化学反応処理および搬送するロータリーキルン１の、原料の搬送方向下流側の端部に流動物質からなる流動層７４を設け、流動層７４にガスＧを吹き込み、ガスＧが吹き込まれた状態の流動層７４に、ロータリーキルン１から排出される化学反応処理後の被処理物Ｃを投入する。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  ロータリーキルン
２  筒部
２１ａ，２１ｂ  回転ギア
２２ａ，２２ｂ  駆動ギア
３  上部フード部
４  下部フード部
４１  排出口
５  投入部
６  加熱部
７  ガスシール装置
７１  第１筒部
７１１  底部
７１２  投入口
７２  第２筒部
７２１  底部
７２２  孔
７３  ガス吹込み部
７４  流動層
７５  コンベア
８  回収部
９  ガス回収配管
Ａ  鉄鋼スラグ
Ｂ  炭材
Ｃ  被処理物
Ｇ  ガス
【図１】
0006292149.tif 000002
【図２】
0006292149.tif 000003