(57)【要約】      （修正有）【課題】被加熱物をある温度範囲に急速に、かつ均一に加熱することにより、安定して均質な発泡体を得ることのできるロータリキルンとその操業方法とを提供する。【解決手段】一端に被加熱物の供給口２を他端に被加熱物を排出する排出口３を有し、軸線周りに回転するシェル４と、前記シェルの外側部を加熱する外熱バーナ６を具備する加熱室５とからなるロータリキルンにおいて、前記シェルの内部を加熱する内熱バーナＢを備える。また、前記構成のロータリキルンにおいて、内熱バーナの燃焼量を一定とし、前記シェルの外側表面温度を測定することにより前記外熱バーナの燃焼量を制御することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口を有し、軸線周りに回転するシェルと、前記シェルの外側部を加熱する外熱バーナを具備する加熱室とからなるロータリキルンにおいて、
前記シェルの内部を加熱する内熱バーナを備えることを特徴とするロータリキルン。
【請求項２】
前記シェルは該シェルの内周面に円心方向に向かって立設された攪拌羽根を有する請求項１に記載のロータリキルン。
【請求項３】
前記外熱バーナは該バーナの燃焼空気を予熱する蓄熱部を備えるバーナである請求項１に記載のロータリキルン。
【請求項４】
一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口を有し、軸線周りに回転するシェルと、前記シェルの外側部を加熱する外熱バーナを具備する加熱室と、前記シェルの内部を加熱する内熱バーナを有するロータリキルンの操業方法において、
前記内熱バーナの燃焼量を一定として前記シェルの外側表面温度を測定することにより前記外熱バーナの燃焼量を制御することを特徴とするロータリキルンの操業方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータリキルンに関する。より詳しくは加熱により発泡する発泡材料を発泡処理するのに好適なロータリキルンとその操業方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ロータリキルンは、回転する円筒形のシェル内に供給した被加熱物を処理物を加熱することにより、その被加熱物に対し乾燥や焼成、乾留といった種々の熱処理を施す装置である。シェルは、水平よりやや傾斜した状態に設けられているため、被加熱物は、シェルの回転につれてその内部を順次軸線方向に移動して所望の加熱処理を施される。
【０００３】
このようなロータリキルンには、シェルの外側部を加熱して被加熱物を間接的に加熱処理する外熱式ロータリキルンと、シェル内部を加熱して被加熱物を直接加熱処理する内熱式ロータリキルンとがある。
【０００４】
外熱式ロータリキルンは、火炎や熱風が被加熱物に直接当ることによる温度ムラが生じないので、被加熱物に均一な加熱処理を施すことができる、また、被加熱物の加熱処理雰囲気を、加熱手段や燃焼ガスの種類にかかわらず自由に決めることができる、などといった利点がある。しかし、このような外熱式ロータリキルンは、シェルからの伝導熱だけで被加熱物の加熱処理を行うものであるので、内熱式ロータリキルンに比べて熱効率が低いという問題がある。
【０００５】
一方、内熱式ロータリキルンは、加熱バーナをシェルの供給口または排出口付近に設置して被加熱物を直接加熱することができるので、熱効率は極めて高い。しかし、バーナからの高温の燃焼ガスが直接被加熱物に接触するために被加熱物に温度ムラが発生しやすいという欠点がある。
【０００６】
ところで、軽量性や吸水性などといった特性から天然ガラス質鉱物や廃ガラスなどを原料とした発泡体が、アルミニウムやプラスティックの軽量化、あるいは断熱性に優れた建築用材料、または園芸用材料などとして広範に使用されている。
【０００７】
発泡体の原料としては、例えば、黒曜石、真珠岩、松脂岩などの天然ガラス質鉱物や通常用いられている窓ガラスなどの廃ガラスなどが知られている。
【０００８】
天然ガラス質鉱物は、それ自体が内部に水を含んでいて加熱によって鉱物が軟化し始めると含有している水分が蒸気となって体積が増加し、いわゆる発泡現象を生じるものである。また、廃ガラスなどの人工ガラス質の場合には、必要に応じて原料粉末にＳｉＮ，ＳｉＣなどの発泡剤を添加して造粒して加熱することにより発泡体を得ることができる。
【０００９】
これらの発泡体の製造方法としては、外熱式のロータリキルン、電気炉あるいは熱風炉などを使って９００〜１０００℃で加熱する方法が試みられてきたが、装置内での焼き付きが生じること、加熱時間や加熱温度の変化により品質のバラツキが生じることなどの難点があった。
【００１０】
より具体的には、例えば、被加熱物の加熱温度が低い場合には、発泡が不完全であるために、比重が高く粒径の小さな発泡体しか得られない、一方、被加熱物の加熱温度が高過ぎると過発泡となって、比重が小さく、強度の弱い粒径の大きな発泡体となる、さらに高温となって発泡が進むと、発泡体が相互に融着してしまい粒形が保持されなくなる、また、加熱速度が遅くて被加熱物の昇温が遅い場合には、ガラス質が軟化する前に水分が蒸発してしまって発泡させることができない、などという問題であり、加熱温度の管理が極めて重要な課題であった。
【００１１】
特に、真珠岩においてはこの傾向が顕著であり、所望の発泡体を安定して得るには急速加熱と、加熱温度を狭い範囲に調節する厳しい温度管理が要求される。
【００１２】
真珠岩の発泡処理を例にとると、ある製品については、最高加熱温度が１０３０℃の場合に、得られた発泡体の嵩比重は０．２０ｇ／ｃｍ２であるが、１０２０℃では、嵩比重は０．２２ｇ／ｃｍ２となり、９００℃では０．３５ｇ／ｃｍ２となった。この製品の嵩比重の管理範囲は０．１８〜０．２２ｇ／ｃｍ２であったので、この場合には、加熱温度を±１０℃以内で管理しなければならないことになる。さらに被加熱物の全体をこの管理範囲に収め均質な製品を得るためには、被加熱物全体を急速に、かつ均一に加熱しなければならない。
【００１３】
しかし、ロータリキルンでこのように均質な発泡体を得ることは困難であった。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上のような事情に鑑みてなされたもので、本発明の課題は、被加熱物をある温度範囲に急速に、かつ均一に加熱することにより、安定して均質な発泡体を得ることのできるロータリキルンとその操業方法とを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
外熱式ロータリキルンでは、被加熱物の加熱はシェル内壁の表面部分で行われる。従って、図３に示すように供給された被加熱物の流動層Ｍにおいては、流動層Ｍのシェル内壁表面に接触した部分ａは急速に加熱されるが、流動層Ｍの表面部分ｂではシェルの内壁に接触した部分ａに比べて加熱速度が遅くなる。従って、流動層全体の被加熱物の発泡状態にはバラツキが生じて均一な性状の発泡体を得ることができない。そこで、本発明のロータリキルンでは、シェル外側部からの加熱に加え、シェルの内部に向けて直接被加熱物を加熱する内熱バーナを設けることを主旨とする。
【００１６】
すなわち、本発明のロータリキルンは、一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口を有し、軸線周りに回転するシェルと、前記シェルの外側部を加熱する外熱バーナを具備する加熱室とからなるロータリキルンにおいて、前記シェルの内部を加熱する内熱バーナを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、シェルの内周面に円心方向に向かって立設された攪拌羽根を有することが好ましい。被加熱物はシェルの回転により攪拌されながら排出口へ向かって移動するが、シェルの内壁に立設された攪拌羽根を有することにさらに効率的に被加熱物を攪拌することができ、被加熱物全体を均一に急速加熱することができる。
【００１８】
本発明のロータリキルンにおいて、シェルの外側部を加熱する外熱バーナは該バーナの燃焼空気を予熱する蓄熱部を備えるバーナであることが望ましい。
【００１９】
このような、蓄熱式のバーナを使用することで燃焼効率を高めることができ多大な省エネルギを実現することができる。
【００２０】
本発明のロータリキルンの操業方法は、一端に被加熱物の供給口を他端に被加熱物を排出する排出口を有し、軸線周りに回転するシェルと、前記シェルの外側部を加熱する外熱バーナを具備する加熱室と、前記シェルの内部を加熱する内熱バーナとを有するロータリキルンの操業方法において、前記内熱バーナの燃焼量を一定とし、前記シェルの外側表面温度を測定することにより前記外熱バーナの燃焼量を制御することを特徴とする。
【００２１】
このような操業方法を採用することにより、シェル内部の温度を目標温度に精度よく管理することができ全体に亘って均質な発泡体を得ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施の形態を図によって説明する。
【００２３】
図１は、本発明になるロータリキルンの縦断模式図であり、図２は図１の一部Ａ−Ａ断面の側面模式図である。
【００２４】
このロータリキルン１は、被加熱物の供給口２と、加熱処理された被加熱物の排出口３とを有するステンレス鋼などからなるシェル４と、このシェル４の外側面を加熱する外熱バーナ６を具備する加熱室５とから構成される。
【００２５】
シェル４は、加熱室５を長さ方向に貫くように配置されている。シェル４の両端付近には環状のタイヤ７、７が、シェル４の外周面に一体的に付設されており、シェル４は、これらの部分で受けころ８、８によって回転自在に支持されており、図示しない回転手段によって軸心周りに緩やかに回転することができる。なお、シェル４の軸線は、排出側が僅かに下がるように傾斜（勾配は１／１００〜３／１００）して設置されている。
【００２６】
加熱室５は、鉄板製の外殻９と耐火性の断熱材１０とで形成されておりベース枠（図示せず）の上に固定されている。また、加熱室５には、外熱用のバーナ６と燃焼ガスの排気口１１とが設けられている。バーナ６は熱効率を考慮して貫通するシェル４の下部に設置されている。加熱室５の内部で発生した燃焼ガスは、燃焼ガスの排気口１１から図示しない煙突へ送られ炉外へ排出される。
【００２７】
シェル４の外周面と加熱室５とは僅かな間隙を設けて図示しないシール材でほぼ密閉され、外熱バーナ６による熱の放散を防止している。なお、加熱室５内の温度は温度計１２（図２）に接続した図示しない自動制御装置によって設定温度となるように自動制御されている。
【００２８】
シェル４の供給口２には、被加熱物を供給する供給装置１３が備えられており、この供給装置１３を介して被加熱物をシェル４内へ投入することができる。
【００２９】
また、シェル４の排出口３には、シェル内への外気の浸入を防止するためのフード１４が付設されており、シェル４とフード１４とは、僅かなクリアランスを設けて図示しないシール材でほぼ密閉されている。フード１４の下部には、シェル４の排出口３から排出された被加熱物を取出すシュートが設けられている。シュートの途中にはロータリバルブ１５を設けて外気の浸入を防止している。
【００３０】
シェル４の内周面には、シェル４の円心方向に向かって複数の攪拌羽根１６が立設されている。このような攪拌羽根を設けることにより、被加熱物をより効率的に攪拌することができ、被加熱物を均一に急速加熱することができる。なお、攪拌羽根の形状や枚数、立設位置などには特に限定はなく、攪拌効率を考慮して被加熱物の移動を妨げない範囲で適宜設けることができる。攪拌羽根は耐熱性の金属、例えばステンレス鋼などで形成することが好ましい。
【００３１】
本実施の形態におけるロータリキルンでは、シェル４の供給口２付近にシェル４の内部に向かって被加熱物を直接加熱する内熱バーナＢが設けられている。内熱バーナＢはＬＰＧなどのガス、あるいは軽油などの石油系の燃料を熱源とすることが好ましく、バーナの火炎がシェルの軸心に平行となるように設置するか、もしくは平行よりやや下向きに被加熱物に直接火炎を当てるように設置することが望ましい。なお、加熱バーナＢにより発生した燃焼ガスは、シェル４の排出口３を経てフード１４の排気口１７を通過して図示しない煙突からキルン外へ排出される。
【００３２】
本発明のロータリキルンにおいて、シェル４の外側部を加熱する外熱バーナ６は、バーナの燃焼空気を予熱する蓄熱部を備える蓄熱式バーナであることが望ましい。例えば、バーナで燃焼した排気ガスをバーナ自らが回収し、その排気温度によって蓄熱室が蓄熱され、所定時間後にバーナに組み込まれたダンパの切り替えによって燃焼空気が蓄熱室を通り予熱空気となって燃焼される蓄熱式バーナを挙げることができる。このような機構を有するバーナにあっては、このダンパの動きを短時間間隔で繰り返すことにより、連続蓄熱燃焼が可能となり大幅な省エネルギが実現できる。内熱バーナＢとしてこのような蓄熱式バーナを採用することは、シェル内の雰囲気ガスに粉塵が多く含まれているので適当ではない。しかし、燃焼雰囲気が清浄な加熱室５の外熱バーナ６としては好適に採用することができる。
【００３３】
次に、以上の構成からなるロータリキルンの操業方法について説明する。
【００３４】
まず、回転するシェル４内に、供給装置１３から一定量の被加熱物が供給される。被加熱物は、シェル４が排出口３に向って僅かに低く傾斜して設置されていることから、流動層となってシェル４の回転に伴って次第に加熱部へと流れ、加熱室５でシェル４の外周面が加熱されるので、流動層のシェル内壁表面に接している部分は所定の温度にまで急速に加熱される。一方、流動層の表面部分は、加熱バーナＢの火炎Ｆによって急速に加熱される。流動層は攪拌羽根を有するシェルの回転により攪拌されながシェル内を排出口３へと送られ、排出口３からフード１４のシュートへ排出される。
【００３５】
ここで、被加熱物の加熱温度の制御は、以下の方法よることが望ましい。
【００３６】
内熱バーナＢを温度制御するということは内熱バーナの燃焼量を制御することである。これにより、内熱バーナの火炎温度が変動するのでシェル内に充満している燃焼ガスの温度や発生する燃焼ガス量が変化する。このためシェル内の温度分布が変動してしまい安定した加熱条件を維持することができない。この結果、被加熱物を均一に加熱することができなくなる。そこで、本実施の形態では、内熱バーナＢの燃焼量をある範囲で一定量として、温度制御は加熱室５の外熱バーナ６を制御することとした。
【００３７】
加熱室５の温度制御は通常加熱室の雰囲気温度によって行われるが、この雰囲気温度ではシェル内の温度変化に比べて制御の遅れが大きい。従って、シェルの外側部表面の温度変化によって制御することが望ましい。外側部表面の温度変化によって外熱バーナの燃焼量を制御すれば、この制御の遅れを小さくすることができる。本実施の形態では、加熱室５の炉壁の適宜の場所に側温孔１８（図２）を穿設して赤外線放射温度計１２でシェル４の外側表面温度を測定して加熱バーナ６の燃焼制御を行う。なお、上記の温度制御はシェルの最高温度部分で行うことが望ましい。また、温度計をシェルの長手方向の適宜の位置に対応して複数個付設してシェルの長手方向の温度分布を制御することもできる。
【００３８】
内燃バーナの燃焼量は、被処理物の処理量（原料の投入量）が一定の場合には上記のように一定であることが望ましい。しかし、処理量を増減する場合には処理量に比例して内燃バーナの燃焼量を設定することが望ましい。
【００３９】
【試験例】
（試験例１）
図１に示すロータリキルンを用い、真珠岩を被加熱物として発泡試験を行った。
【００４０】
ロータリキルンの主要部の寸法は、シェル内径：３００ｍｍ、シェルの加熱炉内の有効長さ：２．５ｍ、シェルの傾き：４゜であり、シェルの回転数は３ｒｐｍとした。
【００４１】
被加熱物である真珠岩は粒径が１〜３ｍｍの粉砕粉末で、予備加熱により含水率を概ね２％以下としたものを用いた。
【００４２】
上記の真珠岩を５４ｋｇ／ｈの一定の供給量でシェル内に投入した。内熱バーナの燃焼量は４３，０００ｋｃａｌ／ｈで一定とし、シェルの外側表面温度が１０３０℃一定となるように外熱バーナの燃焼量を制御した。なお、内熱バーナ、外熱バーナともに通常タイプのバーナを使用した。外熱バーナの平均燃焼量は８１，０００ｋｃａｌ／ｈであった。
【００４３】
以上の方法により真珠岩に発泡処理を施し、平均嵩比重０．２０ｇ／ｃｍ２の発泡体を得た。本発泡体の嵩比重の目標値は、０．１８〜０．２２ｇ／ｃｍ２であるので目標値を満足することができた。
（試験例２）
試験例１と同様に図１に示すロータリキルンで真珠岩の発泡試験を行った。
【００４４】
本試験では外熱バーナに通常タイプのバーナに代えて蓄熱燃焼式のバーナを使用した。
【００４５】
試験例１と同様に、真珠岩を５４ｋｇ／ｈの一定の供給量でシェル内に投入し、内熱バーナの燃焼量は４３，０００ｋｃａｌ／ｈで一定とし、シェルの外側表面温度が１０３０℃一定となるように外熱バーナの燃焼量を制御した。
【００４６】
以上の方法により真珠岩に発泡処理を施し、平均嵩比重０．２０ｇ／ｃｍ２の発泡体を得た。本発泡体の嵩比重の目標値は、０．１８〜０．２２ｇ／ｃｍ２であるので目標値を満足することができた。
【００４７】
なお、外熱バーナの平均燃焼量は、４６，０００ｋｃａｌ／ｈと、試験例１の通常タイプのバーナの燃焼量に比べて約４３％の省エネルギとなった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明のロータリキルンは、外熱式のロータリキルンに被加熱物を直接加熱する内熱バーナを付設したので、被加熱物を均一に急速加熱することができる。従って、真珠岩や黒曜石などの天然ガラス質鉱物や人工ガラス粉末のような発泡性原料を所望の形状で均一に発泡させることができ、発泡体の品質安定化に効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のロータリキルンの主要構成を示す縦断面模式図である。
【図２】図１の一部Ａ−Ａ断面を含む側面模式図である。
【図３】被加熱物の流動層の加熱部分を説明するシェルの断面模式図である。
【符号の説明】
１：ロータリキルン  ２：供給口  ３：排出口  ４：シェル  ５：加熱室  ６：外熱バーナ  １２：温度計  １３：供給装置  １６：攪拌羽根
Ｂ：内熱バーナ  Ｆ：フレーム  Ｍ：被加熱物の流動層  ａ，ｂ：加熱部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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