(57)【要約】【課題】高い熱負荷のかかるロータリーキルン炉端部を簡易な構造によって効率よく冷却することにより、高温操業下におけるロータリーキルンシェル本体について、稼働開始時から最初の修理或いは交換が必要となるまでの期間、即ちロータリーキルンシェル本体炉端部の寿命を、延長することができるロータリーキルンの冷却構造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冷却構造を、中空円筒形状のシェル本体と、前記シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、前記シェル本体の回転に伴って前記伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部と、を備えるものとし、冷却水貯留装置配置内の冷却水によって冷却する構造とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンの冷却構造であって、
中空円筒形状のシェル本体と、
前記シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、
前記シェル本体の回転に伴って前記伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部と、を備えるロータリーキルンの冷却構造。
【請求項２】
前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して平行な平面上に鍔状に形成されている請求項１に記載のロータリーキルンの冷却構造。
【請求項３】
前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して直交する平面上に鍔状に形成されている請求項１に記載のロータリーキルンの冷却構造。
【請求項４】
前記伝熱フィンが、前記シェル本体の炉端部近傍に形成されている請求項１から３のいずれかに記載のロータリーキルンの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鋼電気炉ダストや高炉ダスト中に含まれる亜鉛等の有価金属を揮発還元する還元培焼キルンやロータリーハースファーネス等で回収された粗酸化亜鉛ダスト中のフッ素、塩素をＩＳＰ製錬法や電解製錬法を採用している亜鉛製錬所の酸化鉱原料として使用可能な品位まで低減させるために、中空円筒形状の回転炉を備えるロータリーキルンが広く用いられている。
【０００３】
特に、電解製錬向けの焼鉱は電解採取工程で使用されるアルミニウム製パーマネントカソードの腐食進行を抑制するためにフッ素の含有量を、又、アノード中の鉛の溶出を防ぐために塩素の含有量を数百ｐｐｍまで低減する必要がある。原料中に含まれる塩素並びにフッ素の大部分は塩化フッ化鉛であることから、これを分解するために焼鉱温度を１１００〜１１５０℃で維持管理する必要がある。そのため、ロータリーキルンにおける排出部である炉端部には極めて高い熱負荷がかかることから、ロータリーキルンの炉端部には高い耐熱性が求められる。
【０００４】
また、この炉端部は、高温の焼成物を排出することもあり、その周辺が特に高熱に晒される場合が多いため、この部分では、シェル本体外周側にも施工がしやすい不定形耐火物で被覆する方法もある。しかしながら、不定形耐火物は内周側と違って耐火物相互のせりあいがなく固定が難しく、かつ充分厚く施工することも難しく、このため継続性のある耐火手段が求められ、何らかの冷却手段も提案されてきた。
【０００５】
例えば、耐熱性を高めたロータリーキルンの炉端部構造として、炉端部に冷却空間を形成した空冷式の炉端部構造を設けたもの（特許文献１参照）、或いは、炉端部に水冷構造を備えたもの（特許文献２参照）、等、キルン本体に何らかの冷却構造を別途に付加することにより、耐熱性を高めるロータリーキルンの炉端部構造が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２２７８７０号公報
【特許文献２】特開平９−２８７７１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の空冷式の出口側構造については、回転するシェル本体自体に空冷路を形成するために構造が複雑となり、また空冷のために冷却効果が不充分となる。一方、特許文献２に記載の水冷式出口側構造の場合は、回転するシェル本体自体に水路を形成するために構造が複雑となり、水漏れ対策等の安全上の配慮も必要となる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決して、高い熱負荷のかかるロータリーキルン炉端部を簡易な構造によって効率よく冷却することにより、高温操業下におけるロータリーキルンシェル本体について、稼働開始時から最初の修理或いは交換が必要となるまでの期間、即ちロータリーキルンシェル本体の寿命を、延長することができるロータリーキルンの冷却構造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】
【０００９】
本発明者らは、ロータリーキルンの冷却構造を、ロータリーキルンのシェル本体の炉端部近傍の外周面に円周状に設けられる伝熱突起部を、シェル本体の下方に配置される冷却水貯留装置配置内の冷却水によって直接冷却するという構造とすることにより、高い熱負荷のかかるロータリーキルン炉端部を効率よく冷却することができ、これにより、高温操業下におけるロータリーキルンシェル本体の寿命を延長できることを見出し、本発明を完成するに至った。より、具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【００１０】
（１）  ロータリーキルンの冷却構造であって、中空円筒形状のシェル本体と、前記シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、前記シェル本体の回転に伴って前記伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部と、を備えるロータリーキルンの冷却構造。
【００１１】
（２）  前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して平行な平面上に鍔状に形成されている（１）に記載のロータリーキルンの冷却構造。
【００１２】
（３）  前記伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して直交する平面上に鍔状に形成されている（１）に記載のロータリーキルンの冷却構造。
【００１３】
（４）  前記伝熱フィンが、前記シェル本体の炉端部近傍に形成されている（１）から（３）のいずれかに記載のロータリーキルンの冷却構造。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、ロータリーキルンの冷却構造を、シェル本体の外周面に円周状に形成される伝熱フィンを、シェル本体の下方に配置される冷却水貯留部の冷却水によって直接冷却するという構造とした。これにより、簡易な構造によってロータリーキルンを効率よく冷却することができ、乾燥焼成用等のロータリーキルンを用いた加熱操業において、ロータリーキルンシェル本体の寿命を延長することができるため、ランニングコストを低減して生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の冷却構造を備えるロータリーキルンの全体構成及び使用態様を示す断面模式図である。
【図２】本発明のロータリーキルンの一実施形態における冷却構造を構成するシェル本体部と伝熱フィンの正面図及び断面模式図である。
【図３】本発明のロータリーキルンの他の実施形態における冷却構造を構成するシェル本体部と伝熱フィンの正面図、断面模式図、及びＣ方向から見たフィン形状を説明するための模式的な部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではない。以下、金属の精製を目的とした大型の乾燥焼成用ロータリーキルンに本発明の冷却構造を適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の冷却構造は、円筒形状の回転式加熱炉であれば、その他のあらゆる加熱炉の炉端部への適用が可能なものである。
【００１７】
＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明の冷却構造の一実施形態となるロータリーキルン１の全体構成及び使用態様につき説明する。図１に示す通り、ロータリーキルン１は、シェル本体１０、シェル本体１０の外周の円周上に鍔状に形成される伝熱フィン２０、シェル本体１０の下方に配置される冷却水貯留部３０、シェル本体１０の内部を熱するための熱風を送風するバーナー部４０、シェル本体１０に図中のＲ方向への回転力を伝える駆動ギヤ５０、排出ガス等の拡散を防止するためにシェル本体の炉端部を覆って形成される固定フード６０、及び、シェル本体１０を支持するキルン支持部（図示せず）、を備える回転式の加熱炉である。尚、シェル本体１０は、使用時に、被焼成物の投入口である投入口１１から被焼成物を排出する排出口１２に向けて被焼成物の移動する方向に向けて、水平面に対し通常１〜４％の傾斜をもつように設置される。
【００１８】
シェル本体１０は、厚さ１５〜３０ｍｍの炭素鋼（普通構造用鋼）からなる円筒形状の中空構造物からなる窯であり、その内周側の壁面には、耐熱性を高めるための耐火物が設置されていることが好ましい。シェル本体１０においては、高温の焼成物を排出する排出口１２側の周辺が特に高熱に晒される場合が多いため、伝熱フィン２０は、排出口１２側の炉端部又は炉端部近傍に設けられていることが好ましい。円周上に鍔状に形成される伝熱フィンの形状については、好ましい具体例として、図２に示す伝熱フィン２０Ａ、図３に示す伝熱フィン２０Ｂ等の形状が挙げられる。伝熱フィン２０及び冷却水貯留部３０については後に改めて詳細を説明する。
【００１９】
以上の構成を有するロータリーキルン１においては、バーナー部４０によりシェル本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ５０によりシェル本体１０をＲ方向に回転させながら、投入口１１より、被焼成物をａ方向へと投入する。被焼成物はシェル本体１０の傾斜に沿って攪拌、焼成されながらシェル本体１０内を排出口１２の方向に向かって移動してゆき、排出口１２からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。又、排出口１２付近はバーナー部４０からの火炎の輻射熱及び燃料から発生する亜硫酸ガスや炉内で発生した腐食性ガスにも晒される。このため、排出口１２の周縁部即ちシェル本体１０の炉端部には特に強い熱負荷又は腐食性ガスに晒されることとなる。
【００２０】
このように、特にその炉端部を中心に、苛酷な環境に晒されるロータリーキルン１において、その全体構成を、伝熱フィン２０と冷却水貯留部３０を備える、従来にない新規な構成とすることにより、ロータリーキルン１の炉端部の寿命を簡易な構造によって大幅に延長しえるものである点に本発明の特徴がある。
【００２１】
＜ロータリーキルンの冷却構造＞
次に、図１と図２を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の冷却構造について説明する。図２（ａ）は、本発明のロータリーキルンの一実施形態における冷却構造を構成するシェル本体１０と伝熱フィン２０Ａの正面図であり、図２（ｂ）は、そのＡ−Ａ線における断面図である。
【００２２】
図２（ａ）及び（ｂ）に示す通り、伝熱フィン２０Ａは、シェル本体１０の外周面に形成される突起構造物であり、冷却水によって、シェル本体１０を冷却することができるように、図１に示す通り、シェル本体１０の回転に伴って冷却水貯留部３０内に貯留される冷却水３１内を少なくともその一部が通過するように、シェル本体１０の外周面に形成される。
【００２３】
伝熱フィン２０Ａは、熱伝導性の高い金属からなる突起構造物である。冷却水によるシェル本体１０の冷却効果を奏しうるだけの熱伝導性を有するものであれば、特に材料は限定されないが、加工の容易性やコストを低く抑えられるという点から、炭素鋼（普通構造用鋼）を好ましく用いることができる。
【００２４】
伝熱フィン２０の形状は、必ずしも特定の形状に限定されないが、例えば、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、シェル本体１０の外周の円周上に沿って、シェル本体１０の回転方向Ｒに対して平行な平面上に鍔状に形成されているものを好ましい一例として挙げることができる。伝熱フィンを伝熱フィン２０Ａのような形状とすることによって、伝熱フィン２０の一部が常に冷却水３１と接触し続けることとなり、シェル本体１０に対する冷却効果を高めることができる。
【００２５】
尚、伝熱フィン２０Ａの形状については、図２に示すようなリング形状に限られず、伝熱面積を大きくするために種々の変形が可能である。例えば周囲に凹凸をつける等、その他冷却水との接触面積を拡大或いは縮小するための変形を自在に施すこともでき、それにより所望の冷却効果を得ることができる。そのような形状のフィンを有するものも本発明の好ましい一実施形態であり本発明の範囲内である。
【００２６】
伝熱フィン２０の形状は、又、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、シェル本体１０の外周に沿って、シェル本体１０の回転方向Ｒに対して直交する平面上に鍔状に形成されているものとすることもできる。図３（ａ）は、本発明のロータリーキルンの他の一実施形態における冷却構造を構成するシェル本体１０と伝熱フィン２０の正面図であり、図３（ｂ）は、そのＢ−Ｂ線における断面図である。又、図３（ｃ）は、伝熱フィン２０を図のＣ方向から見た場合の形状を説明するための模式的な部分拡大図である。伝熱フィンを伝熱フィン２０Ｂのような形状とすることにより、伝熱フィン２０が冷却水貯留部３０内を移動することによって、冷却水貯留部３０の中央部に粉塵その他による堆積物が滞留することを防ぐことができる。更に、後に説明する通り、冷却水貯留部３０が冷却水３１を環流させる樋状の水路である場合には、伝熱フィン２０によって、冷却水３１の流入と流出を適切に促進することもできる。
【００２７】
尚、伝熱フィン２０を図３のような形状とする場合の冷却効果については、伝熱フィン２０の大きさや円周上への配置間隔を適宜調整することにより、伝熱フィン２０と冷却水３１の接触面積を自在に調整することが可能であり、それにより所望の冷却効果を得ることができる。
【００２８】
伝熱フィン２０の設置位置は、シェル本体１０の外周であれば特に限定されないが、図１に示すように、特に高い熱負荷のかかる炉端部又は炉端部近傍に設置されることが好ましい。これにより、その他の位置に伝熱フィン２０を設置する場合よりも、シェル本体１０に対する冷却効果をより高めることができる。又、伝熱フィン２０は図２及び図３に示すような一重の設置形態に限定されない。適宜複数の伝熱フィンを併設した多重の設置形態とすることにより、所望の冷却効果を得ることができる。そのような多重の設置形態の伝熱フィンを有するものも本発明の好ましい一実施形態であり本発明の範囲内である。
【００２９】
冷却水貯留部３０は、冷却水３１を貯留する構成部材である。シェル本体１０の回転に伴って、伝熱フィン２０の少なくとも一部が、冷却水３１に浸かるように、冷却水３１の水面側の少なくとも一部が開放されている必要があるが、その他の部分については、冷却水３１を必要量貯留、或いは環流させることができるものであれば特に形状は限定されない。冷却水３１を溜めておく桶状のものであってもよいし、或いは冷却水３１を環流させることができる樋状の水路であってもよい。
【００３０】
冷却水貯留部３０は、シェル本体１０の回転に伴って伝熱フィン２０が通過する位置に配置される。より詳しくは、上記回転時に、伝熱フィン２０の少なくとも一部が、冷却水貯留部３０に貯留された冷却水３１内を通過するような位置に配置される。伝熱フィン２０を炉端部近傍に設置にすることが好ましいが、この場合、冷却水貯留部３０を固定フード６０の内部に配置することによって、最も熱負荷の高い部分を効果的に冷却することが出来る。
【００３１】
尚、金属性のシェル本体１０の回転軸方向への膨張収縮による伝熱フィン２０の位置変動に対応するため、冷却水貯留部３０は、冷却水３１の水面側の開放面について、上記回転軸方向の幅を見込まれる膨張代以上としておくことが好ましい。又、特にそのような変動幅が大きい場合は、冷却水貯留部３０を所望の範囲に適宜移動できるように、例えば、上記回転軸方向に敷設したレール上に移動可動に設置することも、本発明の好ましい実施形態の一例として挙げることができる。
【００３２】
以上のロータリーキルンの冷却構造によれば、以下のような効果を奏する。
【００３３】
（１）  ロータリーキルンのシェル本体には極めて高い熱負荷がかかるため、熱負荷による損傷が起こりやすい。そこで、本発明のロータリーキルンの冷却構造は、中空円筒形状のシェル本体と、シェル本体の外周面に形成される伝熱フィンと、シェル本体の回転に伴って伝熱フィンが通過する位置に配置される冷却水貯留部とを備える構造とした。これにより、製造容易な簡易な構造でありながら、高い熱負荷のかかるロータリーキルンのシェル本体を効果的に冷却することができる。よって、ロータリーキルンシェル本体の寿命が延長され、熱損傷による補修等の頻度は低減し、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を顕著に高めることができる。
【００３４】
（２）  ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、前記シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して平行な平面上に鍔状に形成されている構造とした。これにより、伝熱フィンと冷却水との接触時間を最大化することができる。よって、冷却効果をより高いものとして、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。
【００３５】
（３）  ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、シェル本体の外周に沿って、キルン回転方向に対して直交する平面上に鍔状に形成されている構造とした。これにより、伝熱フィンの配置間隔を適宜調整して冷却効果を適切に調整することができる。又、冷却水貯留部の中央部に粉塵その他による堆積物が滞留することを防いだり、冷却水の流入と流出を適切に促進することもできる。よって、操業条件に応じて、より適切な冷却効果の調整が可能となり、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。
【００３６】
（４）  ロータリーキルンの冷却構造を、伝熱フィンが、シェル本体の炉端部近傍に形成されている構造とした。これにより、特に高い熱負荷のかかる炉端部近傍を重点的に冷却することができる。よって、冷却効果をより高いものとして、ロータリーキルンを用いた操業の生産性を更に高めることができる。
【００３７】
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。また、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。
【００３８】
より具体的な実施例として、従来のロータリーキルンに、例えば、図１及び図２に示す態様で本発明のロータリーキルンの冷却構造を適用した場合、従来のロータリーキルンの操業において凡そ６ヶ月毎程度であった、ロータリーキルンの稼働開始から、稼働中断を要する修理開始までの期間を、凡そ２倍程度の長さにまで延長することができる。このように、本発明のロータリーキルンの冷却構造は、ロータリーキルンシェル本体の寿命を延長することにより、ロータリーキルンの生産性を顕著に高めることができるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１      ロータリーキルン
１０    シェル本体
１１    投入口
１２    排出口
２０    伝熱フィン
３０    冷却水貯留部
３１    冷却水
４０    バーナー部
５０    駆動ギヤ
６０    固定フード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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