(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のケツトル内に石膏粉を供給する工程と、第１のケツトル内の石膏粉を第１の所定温度まで加熱する工程と、第１のケツトルから少なくとも一の次段のケツトル内へ石膏粉を流入する工程と、少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を第１の所定温度より高い最終温度まで加熱し且つ同時に流動化する工程と、実質的に硫酸カルシウム硬石膏である石膏粉を少なくとも一の次段のケツトルから回収する工程とを包有してなる、石膏を焼成して硬石膏製品を製造する方法であって、
少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、少なくとも一の次段のケツトル内に、先端縁部に沿つて複数の噴射ポート部を有する少なくとも一の回転羽根を設け、少なくとも一の次段のケツトル内で少なくとも一の羽根を回転し、同時に複数の噴射ポート部を経て流動化媒体を放出して少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を流動化する工程が包有されてなる、石膏を焼成して硬石膏製品を製造する方法。
【請求項２】
少なくとも一の羽根には上部および下部の水平羽根間を垂直に延びる第１の螺旋状の羽根および第２の螺旋状の羽根が含まれ、第１および第２の螺旋状羽根はそれぞれ、破断縁部に沿つて配置されるエアパイプを有し、破断縁部には半径方向に向けられる複数の噴射ポート部が形成され少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉内へ流動化媒体を噴射するように設けられてなる請求項１の方法。
【請求項３】
第１および第２の螺旋羽根は破断縁部の前方の先端縁部と破断縁部の後方の後縁部とを有してなる請求項２の方法。
【請求項４】
第１および第２の螺旋羽根と上部および下部の水平羽根とは中央シヤフトに装着され、一対の第１および第２の水平支承バー部材が中央シヤフトと第１および第２の螺旋羽根の中間部との間に延設されてなる請求項２の方法。
【請求項５】
中央シヤフトおよび支承バー部材にはエア流路が形成され、空気供給源が中央シヤフトのエア流路と連結され、第１および第２の螺旋羽根に沿いエアがエア流路および噴射ポート部を経て分配されるように設けられてなる請求項４の方法。
【請求項６】
少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、少なくとも一の次段のケツトルの底部に織物マツトを設け、織物マツトを経て流動化された媒体を少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉内へ噴射する工程が含まれてなる請求項１の方法。
【請求項７】
複数の開口部を有する多孔スクリーンが織物マツト上に設けられてなる請求項６の方法。
【請求項８】
織物マツトがステンレススチールで作成されてなる請求項６の方法。
【請求項９】
少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、少なくとも一の次段のケツトルの外周部の付近で複数のエア噴射ノズルを設け複数のノズルを経て流動化媒体を噴射して第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程が含まれてなる請求項１の方法。
【請求項１０】
エア噴射ノズルにはそれぞれ半径方向に向けられたポート部および少なくとも一の軸方向に向けられたポート部が形成されてなる請求項９の方法。
【請求項１１】
少なくとも一の次段のケツトルには第２のケツトルおよび第３のケツトルが含まれ、石膏粉を加熱し流動化する工程には第１の所定温度より高い第２の所定温度まで第２のケツトル内の石膏粉を加熱し、第２の所定温度より高い第３の所定温度まで第３のケツトル内の石膏粉を加熱する工程が含まれてなる請求項１の方法。
【請求項１２】
最終所定温度が約900°F（約482℃）より高くしてなる請求項１の方法。
【請求項１３】
回収された石膏粉が実質的に不溶の硫酸カルシウム硬石膏でなる請求項１２の方法。
【請求項１４】
最終所定温度が約900°F（約482℃）より低温で回収された石膏粉が実質的に可溶の硫酸カルシウム硬石膏でなる請求項１の方法。
【請求項１５】
第１の所定温度が約400°F（約204℃）より低く、第１のケツトルから流出する石膏粉が実質的に硫酸カルシウム半水物でなる請求項１の方法。
【請求項１６】
石膏粉を第１のケツトル内に供給する工程と、第１のケツトル内の石膏粉を第１の所定温度まで加熱する工程と、石膏粉を第１のケツトルから第２のケツトル内へと流入する工程と、第２のケツトル内の石膏粉を第１の所定温度より高い第２の所定温度まで加熱し且つ同時に第２のケツトル内の石膏粉を流動化する工程と、石膏粉を第２のケツトルから第３のケツトル内へ流入する工程と、第２の所定温度より高い第３の所定温度まで第３のケツトル内の石膏粉を加熱し且つ同時に第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程と、実質的に硫酸カルシウム硬石膏からなる石膏粉を第３のケツトルから回収する工程とを包有してなる、石膏を焼成して硬石膏製品を製造する方法であって、
第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、第２および第３のケツトル内に先端縁部に沿い複数の噴射ポート部を有する少なくとも１の回転羽根を設け、ケツトル内の少なくとも１の羽根を回転し、同時に複数の噴射ポート部を経て流動化媒体を放出して第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程が包有されてなる石膏を焼成して硬石膏製品を製造する方法。
【請求項１７】
少なくとも一の羽根はそれぞれ上部および下部の水平羽根間を垂直に延びる第１の螺旋羽根と第２の螺旋羽根とを有し、第１および第２の螺旋羽根にはそれぞれ破断縁部に沿いエアパイプを有し、破断縁部には複数の噴射ポート部が形成され、噴射ポート部は半径方向に向けられ第２および第３のケツトル内の石膏粉内に流動化媒体を噴射してなる請求項１６の方法。
【請求項１８】
第１および第２の螺旋羽根は破断縁部の前方の先端縁部と破断縁部の後方の後縁部とを有してなる請求項１７の方法。
【請求項１９】
第１および第２の螺旋羽根と上部および下部の水平羽根とは中央シヤフトに装着され、第１および第２の一対の水平支承バー部材が中央シヤフトと第１および第２の螺旋羽根の中央部との間を延びてなる請求項１７の方法。
【請求項２０】
中央シヤフトおよび支承バー部材はエア流路を有し、空気供給源は中央シヤフトのエア流路と連通され、第１および第２の螺旋羽根の破断縁部に沿いエア流路および噴射ポート部を経て空気を分配してなる請求項１９の方法。
【請求項２１】
第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、第２および第３のケツトルの底部に織物マツトを設け、織物マツトを経て流動化媒体を第２および第３のケツトル内の石膏粉内に噴射させる工程が含まれてなる請求項１６の方法。
【請求項２２】
複数の孔を有する多孔スクリーンが織物マツトの上部に設けられてなる請求項２１の方法。
【請求項２３】
織物マツトがステンレススチールで作られてなる請求項２１の方法。
【請求項２４】
第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程には、第２および第３のケツトルの外周部近傍に複数のエア噴射ノズルを設け、複数のノズルを経て流動化媒体を噴射し第２および第３のケツトル内の石膏粉を流動化する工程が包有されてなる請求項１６の方法。
【請求項２５】
エア噴射ノズルのそれぞれは半径方向に向けられたポート部と少なくとも一の軸方向に向けられたポート部とを有してなる請求項２４の方法。
【請求項２６】
第３の所定温度が約900°F（約482℃）より大きく、回収された石膏粉が実質的に不溶の硫酸カルシウム硬石膏でなる請求項１６の方法。
【請求項２７】
第３の所定温度が約900°F（約482℃）より小さく、回収された石膏粉が実質的に可溶の硫酸カルシウム硬石膏でなる請求項１６の方法。
【請求項２８】
第１の所定温度が約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）であり、第２の所定温度が約500°F（260℃）〜800°F（約426℃）であり、第３の所定温度が約900°F（約482℃）〜1300°F（約704℃）でなる請求項１６の方法。
【請求項２９】
第１の所定温度が約310°F（約154℃）であり、第２の所定温度が約600°F（約315℃）であり、第３の所定温度が約1000°F（約537℃）でなる請求項１６の方法。
【請求項３０】
石膏粉を内部に保持するための内部チヤンバを区画するケツトルシエルを有し、第１のケツトルと少なくとも一の次段のケツトルとを有する少なくとも２つの非耐火物ケツトルと、少なくとも２つのケツトル内に配設され、少なくとも２つのケツトル内の内部チヤンバの全体にわたって、少なくとも２つのケツトル内の石膏粉と接触させずに加熱された媒体を循環させるための加熱装置と、石膏粉を第１のケツトル内に供給する供給装置と、第１のケツトルから少なくとも一の次段のケツトルへ加熱された石膏粉を送る連通装置と、少なくとも一の次段のケツトル内に設けられケツトル内の石膏粉を流動化する流動化装置とを備える、石膏粉を焼成して硬石膏製品を製造するシステム。
【請求項３１】
流動化装置には、少なくとも一の次段のケツトル内に、破断縁部に沿い複数の噴射ポート部を有する少なくとも一の回転羽根と、複数の噴射ポート部を経て流動化媒体を噴射して少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉を流動化する空気供給装置とが含まれてなる請求項３０のシステム。
【請求項３２】
少なくとも一の羽根は上部および下部の水平羽根間に垂直に延びる第１の螺旋羽根と第２の螺旋羽根とを有し、第１および第２の螺旋羽根はそれぞれ破断縁部に沿いエアパイプを有し、各螺旋羽根には複数の噴射ポート部が形成され、噴射ポート部は少なくとも一の次段のケツトル内で半径方向に向けられ流動化媒体を内部の石膏粉内へ噴射してなる請求項３１のシステム。
【請求項３３】
加熱装置はバーナチューブコイルを有し、第１および第２の螺旋羽根は破断縁部の前方の先端縁部と破断縁部の後方の後縁部とを有し、破断縁部上のエアパイプの噴射ポート部がバーナコイルへと向けられてなる請求項３２のシステム。
【請求項３４】
第１および第２の螺旋羽根と上部および下部の水平羽根とは中央シヤフトに装着され、一対の第１および第２の水平支承バー部材が中央シヤフトと第１および第２の螺旋羽根の中間部との間を延びてなる請求項３２のシステム。
【請求項３５】
中央シヤフトおよび支承バー部材はエア噴射流路を有し、空気供給源が中央シヤフトのエア流路と連通されエア流路および第１および第２の螺旋羽根の破断縁部に沿う噴射ポート部を経て空気を分配してなる請求項３４のシステム。
【請求項３６】
流動化装置には少なくとも一の次段のケツトルの底部に設けられる織物マツトと、織物マツトを経て少なくとも一の次段のケツトル内の石膏粉内へ流動化媒体を噴射する空気供給装置とが更に含まれてなる請求項３０あるいは３１のシステム。
【請求項３７】
複数の孔を有する多孔スクリーンが織物マツトの上部に設けられてなる請求項３６のシステム。
【請求項３８】
織物マツトがステンレススチールで作られてなる請求項３６のシステム。
【請求項３９】
流動化装置には少なくとも一の次段のケツトルのケツトルシエルの外周部の近傍に配置される複数のエア噴射ノズルと、複数のエア噴射ノズルと連通され複数のエア噴射ノズルを経てケツトルの内蔵物である石膏粉へ空気を噴射して石膏粉を流動化する空気供給源装置とが更に含まれてなる請求項３０あるいは３１のシステム。
【請求項４０】
エア噴射ノズルは半径方向に向けられる複数のポート部と少なくとも一の字句方向ポート部とを有してなる請求項３９のシステム。
【請求項４１】
少なくとも２つのケツトルには第１、第２および第３のケツトルが含まれてなる請求項３０のシステム。
【発明の詳細な説明】
（技術分野）
本発明は石膏材料を焼成する方法およびシステム、特に石膏を焼成して不溶状態ではしばしば「デツドバーン（dead burn）」と呼ばれている硫酸カルシウムの硬石膏を回収する方法およびシステムに関する。
（背景技術）
石膏を焼成する多様の方法およびシステムが周知である。従来厚いドーム状の底部を有した大形のケツトル内で石膏を焼成する場合耐火物が使用され、ケツトルがレンガの耐火構造体内でガスにより点火された炎により過熱される（米国特許第3,236,509号明細書参照）。一方石膏の焼成に耐火物を使用することにより、過度の量の熱をケツトルに与えて石膏を過熱する必要があり、多量の無駄なエネルギを費やし、また耐火レンガ構造体も多様の人手が必要で工場内の空間を占めるため効率が低下する。外部での焼成方法および装置は米国特許第4,626,199号、第4,629,419号および第4,744,961号等の明細書に開示されるようなケツトル内における浸漬燃焼加熱システムを用いた非耐火物ケツトルの形態である。石膏を焼成する耐火物ケツトルおよび非耐火物ケツトルの両方の主な目的は、壁板の製造に使用するスタツコとして知られている硫酸カルシウム半水物を製造することである。
半水物やスタツコの製造に関するこのような従来の方法に比べ、本発明による方法およびシステムは主に、実質的に硫酸カルシウム硬石膏からなる焼成工程において石膏材料を回収することに関する。回収された硬石膏は、わずかに不安定で可溶性の硫酸カルシウム硬石膏の形態であるか、より好ましくはデツドバーンとも呼ばれ安定で不溶性の硫酸カルシウム硬石膏の形態である。デツドバーン材料は熱プラスチツク、除草剤、食料、医療品、セメント、プラスチツク添加物等内の充填剤としての用途のように多様の用途を有するにある。一方デツドバーンの製造は困難である。
原石膏は一般に乾燥粉末状態であり、CaSO4・2H2Oで表される。原石膏が約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）あるいはそれ以上の温度まで加熱されると、この粉末はCaSO4・1/2H2O＋1・1/2H2Oで表される半水物に変わる。この11/2H2Oは水蒸気状態であり焼成工程中乾燥粉末を流動化し装置内を流動する。半水物がさらに高温まで加熱されると、石膏は溶解な硬石膏あるいは不溶解なCaSO4に変化する。一方溶解あるいは不溶解な硬石膏へのこの変化中に放出された1/2H2Oにより、それほど粉末は流動化されない。
このような流動化の問題に起因するには、デツドバーンを製造する従来の耐火物、あるいは非耐火物焼成法は効率および経済性が劣る。特にデツドバーン材料製造に耐火物を採用すると、約900°F（約482℃）〜1300°F（約704℃）の所定温度にする必要があつて費用が大きくかさむ。石膏を焼成する従来の非耐火物法は耐火物を用いる場合より経済的であるが、流動化問題のためデツドバーン材料の製造には実用的ではない。更にこのようなシステムから製造された硬石膏の多くの場合それ程均等に加熱されず、熱プラスチツク等の用途での充填剤として適さない化学的に結合した大量の水を依然含んでいる。
石膏を焼成してデツドバーンを製造する他の方法として、フラツシユ焼成器を用いデツドバーンを製造する方法がある。このフラツシユ焼成器は加速流内に粉砕石膏を乗せ、高温でフラツシユ加熱される。一方このシステムは容量および流速について制限を受けている。
（発明の開示）
従つて本発明の重要な実施態様においては、過度の耐火費用が避けられ、石膏を焼成してデツドバーンを製造する周知の方法で生じた流動化問題を解決できる、経済的で効率的なデツドバーン製造法が提供される。この方法によれば石膏材料が２段以上の焼成工程を経て供給され、石膏が次第にデツドバーン材料に変換される。第１の段では石膏材料には加熱工程により放出される、化学的に結合された水が含まれ、このため石膏粉が自己流動化されシステム内で流動できる。第１の段の石膏粉は全体が加熱され、約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）の範囲内、一般には400°F（約204℃）より低い温度で生じる半水物製品にされる。この材料は次第に少なくとも一の次の段、好ましくは２以上の段で流動され、材料は十分に加熱されて硫酸カルシウム硬石膏が形成され得る。この構成においての次段では、材料が流動化媒体、好ましくは空気では同時に加熱および流動化され、システムの次段へ送られる。次いで材料は実質的に硫酸カルシウム硬石膏として処理工程で回収される。回収された硬石膏製品は所望の用途に応じて可溶あるいは不溶にでき、不溶の硬石膏は一般的にはデツドバーン材料と呼ばれている。便宜上ここで用いる用語［石膏］は２水物（石膏）、半水物（スタツコ）及び硬石膏（デツドバーン）を含む各種形態の硫酸カルシウムを指す。
本発明の方法の好適な一実施態様においては、石膏を３個の焼成ケツトルに通し、第３のケツトルから硫酸カルシウム硬石膏を回収するような３段の工程を有する。更に詳しくは、この方法にはまず石膏粉を第１のケツトル内へ供給し、この石膏を約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）、好ましくは約310°F（約154℃）の第１の所定温度まで加熱する工程が包有される。この石膏粉はこの温度では半水物状態であり、反応CaSO4・2H2O→CaSO4・1/2H2O＋1・1/2H2Oにより放出される水蒸気によつてこの石膏粉が十分に流動化され、処理工程中流動される。次段の工程では加熱された石膏が第１のケツトルから第２のケツトル内に流入される。第２のケツトル内の石膏材料は流動化媒体、好ましくは空気を用い、第２のケツトル内で第２の所定温度まで加熱され同時に流動化される。第２の所定温度は約500°F（約260℃）〜800°F（約426℃）、好ましくは約600°F（約315℃）である。この温度では石膏材料が比較的流動性の低い多相材料となる。一方石膏粉を第２のケツトル内で流動化媒体により流動化することにより、石膏粉が好適な流動性をもつてシステム内で流動される。次に石膏粉は第２のケツトルから第３のケツトル内へ流動され、ここで第３の所定温度、即ち最終温度まで加熱され同時に流動化媒体で流動化される。石膏粉は実質的に硫酸カルシウム硬石膏の石膏材料として第３のケツトルから回収される。不溶の硫酸カルシウム硬石膏、即ちデツドバーンを製造する方法においては、第３の所定温度、即ち最終温度が約900°F（約482℃）より高く、好ましくは約930°F（約498℃）より高くする要があるが、これによりデツドバーン材料が確実に製造できる。一般に第３の所定温度は約900°F（約482℃）〜1300°F（約704℃）の範囲内にする必要があるが、本発明による一の実施態様においては第３の所定温度は約1000°F（約537℃）にされる。
第２および第３のケツトル内で石膏粉を流動化する工程には、これらケツトル内に流動化装置を具備し、収容された石膏粉材料を流動化する工程が包有される。
更に好ましい実施態様においては、流動化装置には複数の混合羽根および混合羽根の破断縁部に沿つて設けられたエアパイプが包有され、エアパイプは半径方向に向けられた複数のポート部から空気を第２および第３のケツトルの収容物内へ噴射される。混合羽根には好ましくは水平方向へ延びる一対の羽根および対向して配設され螺旋状に曲げられた一対の羽根が包有され、螺旋羽根は第１および第２の水平羽根の間で垂直方向に延びるように設けられる。螺旋羽根はそれぞれの先端部、後縁部および破断縁部を有し、エアパイプが破断縁部に沿つて配置され、噴射ポート部がバーナコイルに向けて配向される。羽根は好ましくは中央シヤフトの周囲に配置され、空気供給源は中央シヤフトと連通され、中央シヤフト自体は螺旋羽根の先端縁部に沿つてエアパイプと連通される。
且つまた好適な実施態様では、流動化装置には半径方向に配置された複数のエア噴射ノズルを有し、これらノズルは第２および第３のケツトルのケツトルシエルの外周部近傍に配置される。各エア噴射ノズルは複数のエア噴射ポート部を有し、これらエア噴射ノズルはそれぞれ圧縮空気管路と連結され、ポート部を経てケツトルの内蔵物内へ圧縮空気を噴射する。圧縮空気により石膏粉が高温で十分に流動化され、これにより石膏粉がシステム内で良好に流動できる。
また別の構成においては、流動化装置が第２および第３のケツトルの底部に配置される多孔スクリーンおよび織物マツト、更にはスクリーンの下部に配置された圧縮空気チヤンバを有し、圧縮空気をスクリーンおよびマツトを経てケツトルの内部へ噴射する。空気はスクリーンおよびマツトを経てチヤンバ内へ石膏粉全体を高温で吹き入れられ、石膏粉はシステムの第２および第３の段を経て流動される。
流動化装置は好ましくは螺旋状の混合羽根、後縁端部に沿つて設けたエアパイプおよび半径方向に配置される複数のエア噴射ノズルを組み合わせて構成される。一方エア噴射ノズルはエアチヤンバおよびケツトルの底部に設けた多孔シートに置換可能である。流動化装置としてはまた、石膏粉が自己流動化されないとき、第２および第３の段の処理中ケツトル内で石膏粉を流動化し、エアレーション処理する各種の他の装置を採用可能である。
他の目的、特徴および利点は以下の、図面に沿つた説明から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明による方法に使用される３段ケツトル構成体の、一部を断面で示す側面図、図２は図１の焼成システムの第１のケツトルの内部を、一部を断面で示す側面図、図３は図１の焼成システムの第２および第３のケツトルの流動化装置の一実施態様の分解斜視図、図４は図１の焼成システムの第２および第３のケツトルの流動化装置の別の実施態様の簡略平面図、図５は図４の流動化装置の部分簡略側面図、図６は図４および図５の流動化装置のノズルの拡大断面図、図７は図６のノズルの部分水平断面図、図８は図１の焼成システムの第２および第３のケツトルの流動化装置の別の実施態様の一部を断面で示す平面図、図９は図８の流動化装置の実施態様の、一部を断面で示す側面図である。
（発明を実施するための最良の形態）
図面を参照するに、符号10で本発明による方法に使用される多段焼成システムを示してある。図示された実施態様では、多段焼成システム10に第１のケツトル11と第２のケツトル12と第３のケツトル13とが包有される。各ケツトルは石膏を焼成するよう構成され、このケツトルの構造および動作の詳細は、「石膏を連続的に焼成する非耐火法および装置」の名称で1995年２月２日に出願され、本願と同一の譲受者の継続出願第08/382,612号に開示される。一方他の構成のケツトルも使用できることは理解されよう。本発明による方法およびシステムには少なくとも２段の焼成工程および２以上のケツトルを含む必要がある。図示の実施態様では多段焼成システム10に３段の焼成工程用の３個のケツトル11〜13が含まれ、各ケツトルは一例としては高さが約5・1/2フィート（約1.75ｍ）、直径が約5・1/2フィート（約1.75ｍ）にされる。一方本発明の実施に当たつては４、５段の焼成工程を有する構成、即ち２以上の任意の段が採用でき、本発明はここに開示の特定の焼成システムあるいは段数に限定されないことは理解されよう。
図１を参照して詳述するに、ケツトル11〜13の各々にケトルシエル14、内部コイル型のバーナチユーブ装置15、外部浸漬型のチユーブバーナ16が含まれる。バーナチユーブコイル15はケトルシエル14内のブラケツト17により支承され、収容される石膏材料を均等に加熱するため螺旋状に構成される。浸漬バーナ16はガスにより点火される種類のバーナであり、このバーナは炎をバーナチユーブ15内に吹き込み、チユーブ内の温度を上昇させ、加熱された媒体、通常は燃焼ガスおよび空気がチユーブ内を流動してケトルシエル14の収容物を均等に加熱する。このようなガス点火による浸漬チユーブバーナとしては、カナダ国ケベツク州のモントリオール市所在のピラード・コンバスシヨン（Pillard Combustion（Procedair））社、米国イリノイ州所在のエクリプス・コンバスシヨン（Eclipse Combustion）社、米国インデイアナ州、マンチー所在のマクソン（Maxon Corporation）社、および米国ペンシルバニア州、レバノン所在のハツク・マニユフアクチユアリング（Hauck Manufacturing）社等多くの製造元から入手できる。現在このようなガス点火による浸漬チユーブバーナの容量は約5,000,000BTUに制限され、バーナ16の特定容量は特に特定ケツトルの所望出力温度及びケツトルの内部容量によつて定められる。ある実施態様では、各浸漬チユーブバーナの容量が5.3mm/BTU/Hrである。この浸漬チユーブバーナ16は液体石油や天然ガスを含む各種燃料で駆動できる。一方石炭あるいはオイルのような燃料は、炎から生じる排気ガスがバーナチユーブ15の内部に留まる、若しくは内部被覆として残留することが好ましくなく、このような燃料の使用は避ける要がある。このようなガス点火浸漬バーナ16の使用は好ましく、スチーム、オイルのような加熱媒体を循環させる他の加熱源を使用して、バーナチユーブコイル15内に加熱媒体を循環させてケツトル内の収容物を加熱する構成も取られ得る。別の加熱源も採用でき、その場合その加熱源は900°F（約482℃）以上、好ましくは930°F（約498℃）以上の最終温度で石膏粉末を不溶の硫酸カルシウム硬石膏、即ちデツドバーンに変換する必要がある。本発明の方法は多様の形態の非耐火焼成ケツトルに使用でき、この方法では特定の形態の非耐火焼成ケツトルとのみの使用に制限されないことが理解されよう。
図１および図２を参照するに、供給コンベア18が第１のケツトル11の入力ライザ19上に配置され、石膏粉20を第１のケツトル11内へ供給する。第１のケツトル11には混合装置も具備されており、収容した石膏を混合して石膏を加熱する際にデツドスポツトを生じないように構成される。且つ図１および図２に示す実施態様では、混合装置に中央シヤフト21が包有され、中央シヤフト21はベアリング21ａおよび21ｂを介して装着され、シヤフト21を回転する駆動装置22と連結されている。シヤフト21には第１のケツトル11に収容された石膏粉末を混合する水平方向に延びた複数の混合羽根23、24、25が包まれる。第１、第２および第３の11〜13はそれぞれ、ケツトルの収容物を混合する混合装置を含む構成として図１に示されるが、混合装置は各種の形態のものを採用でき、また所望に応じ一部の構成を割愛し得、以下に詳述するような第２および第３のケツトル12、13と大巾に異なる構成のものを採用することもできることは理解されよう。
次いで本発明による上述の構成における動作を説明するに、供給コンベア18により石膏粉20を入力ライザ19を経て第１のケツトル11内に供給し、第１のケツトル11内のバーナ16およびバーナチユーブ15が第１の所定温度まで収容した石膏粉を加熱する。石膏は第１のケツトル11内で約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）の温度、好ましくは約310°F（約154℃）まで加熱される。石膏粉をこのように加熱することにより、石膏はCaSO4・2H2O→CaSO4・1/2H2O＋1・1/2H2Oの反応から生じる水蒸気によつて自己流動化される得、石膏粉が第１のケツトル11から十分にシステムを通じて流動される。第１のケツトル11が加熱されると、放出された水蒸気及び更に石膏粉の付加により、加熱された石膏が第１のケツトル11からオーバフロー管26を経て第２のケツトル12内へ流出される。概して第１のケツトル11から第２のケツトル12内へ流動した材料は硫酸カルシウム半水物の形態をとる。一方説明の都合上、２水物、半水物および無水物を含む各種の形態の硫酸カルシウムを石膏材料あるいは石膏粉と呼ぶ。
石膏粉が第２のケツトル12内に充填されると、第２のケツトル12内のバーナ16およびバーナチユーブ15により、内蔵の石膏粉が約500°F（約260℃）〜800°F（約426℃）の第２の所定温度まで加熱される。第２の所定温度の石膏材料は、第１のケツトル11内のように放出される水蒸気が存在しないので、化学的に結合された水を殆んど含まず、流動性の低い多相物になる。一方以下に詳述するように、第２のケツトル12には流動化媒体、好ましくは空気により第２のケツトル12内の石膏を流動化する流動化装置が具備され、これによつて石膏粉がシステムを流動する。石膏粉がケツトル12内で加熱されると、第２のケツトル12からオーバフローチユーブ27を経て第３のケツトル13内に流出する。
オーバフローチユーブ27を経て流れる石膏粉は第３のケツトル13に充填され、第３のケツトル13内のバーナ16およびバーナチユーブ15によりその中の石膏粉が約900°F（約482℃）〜1300°F（約704℃）の第３の所定温度、好ましくは約1000°F（約537℃）まで加熱される。第３の所定温度は900°F（約482℃）より高く、好ましくは930°F（約498℃）より高くして、第３のケツトル13から回収される石膏粉が確実に不溶の硫酸カルシウム硬石膏すなわちデツドバーンとなるようにすべく構成される。一方硬石膏が石灰に分解されるような1300°F（約704℃）を大巾に越えないように設けられる。デツドバーンは次に第３のオーバフロー管28を経て好適な受け部内に流動することにより第３のケツトル13から回収される。所望ならば第３のケツトル13から回収される石膏粉が実質的に可溶の硫酸カルシウム硬石膏となり、可溶の望まれるときは第３の所定温度を900°F（約482℃）より低くする。第３のケツトル内の温度は高いので、石膏粉の流動性は低く第３のケツトル13においてもシステム内を容易に石膏粉を流動させる流動化装置が具備される。第２および第３のケツトル12、13内に設けられた流動化装置は以下に詳述するように上述と同様あるいは異なるような、いずれの一の構成も取り得る。
図１に示す如く第１、第２および第３のケツトル11〜13はそれぞれ、ケツトルの底部からオーバフロー管26、27、28へそれぞれ延びる放出管29を有している。処理が中断されるようなときはケツトル11〜13を空にするために放出管29が利用され、且つオーバフロー管26〜28は一のケツトルから別のケツトルへ石膏粉を移送する主構成体をなす。オーバフロー管26、27は第１のケツトル11から第２のケツトル12へ、且つ第２のケツトル12から第３のケツトル13へ直接延長されるように図示されているが、ケツトル間に別の連通装置を採用してもよい。例えばオーバフロー管26、27はコンベアシステム上に石膏粉を放出し、次のケツトルの入力ライザへ移送する構成も採用できる。
第２および第３のケツトル第２のケツトル12、13内の流動化装置は各種の構造を採用でき、第２および第３の所定温度まで加熱された石膏粉が確実に焼成システム10を流動させる。流動化装置には石膏粉を流動化しその組み合わせを変える態様の異なる装置を適用できよう。次に石膏粉を流動化する３つの異なる方法およびシステムを図３、図４〜７および図８〜９に沿つて説明する。且つ異なる流動化装置の好ましい組み合わせ構成についても説明する。
図３に示す構造の場合、流動化装置には多孔シート30、織物マツト31および第２および第３のケツトル第２のケツトル12、13の底部に設けられるエアチヤンバ32が包有される。多孔シート30には複数の孔30ａが形成され、多孔シート30はステンレススチール等の耐熱性材料で作成される。織物マツト31はステンレススチール等の耐熱性材料を緩るく織つてウエブ状にされる。多孔シート30は主に、織物マツト31がケツトル等内に置かれている材料と接触したとき引き裂かれることから保護するよう機能する。即ちエア管路33を用いて織物マツト31および多孔シート30の下へ空気が噴射され、多孔シート30、31により空気が第２および第３のケツトル12、13内の石膏粉を経て確実に上方へ、且つ均等に分配され、その材料が十分に流動化される。好ましくは石膏粉材料に対し噴射される空気は周知の熱交換システム内のバーナの排気ガスにより予熱され、流動化空気は好適には約200（約93℃）〜500°F（約260℃）の温度に加熱される。このような構成にあつては、第２および第３のケツトル第２のケツトル12、13が図１および図２に沿つて上述したように混合装置が包有され得る。一方図８および図９に示す実施態様に沿つて後述するが、混合装置は好ましくはエアレーシヨン装置と組み合わせて具備される。
図４〜図７に示す構成では、流動化装置に複数のエア噴射ノズル34が含まれ、エア噴射ノズル34は第２および第３のケツトル第２のケツトル12、13のケトルシエル14の外周部を中心として半径方向に離間して配置される。各エア噴射ノズル34は圧縮エア管路35と連結され、各エア噴射ノズル34には半径方向ポート部36ａおよび軸方向ポート部36ｂを含む複数のポート部36が具備されている。且つ図示の実施態様では複数のノズル34からなる第１の組のノズル37がある一の部位でケトルシエル14の周囲の円周上に配置され、一方複数のエア噴射ノズル34からなる第２の組のノズル38が別の部位でケトルシエル14の周囲の円周上に配置される。第１の組のノズル37および第２の組のノズル38は共にケトルシエル14の底部近傍に配置され、ケトルシエル14の底部の近傍に噴射された空気により加熱される石膏粉が上方に流動され、オーバフローチユーブ27、28へ移動される。このように構成した場合、第２および第３のケツトルケツトル12、13には、図１および図２の実施態様で上述したような混合装置が包有される。一方混合装置には図８および図９の実施態様に沿つて後述するようなエアレーシヨン装置が含まれることが好ましい。
図８および図９に示す構成では、流動化装置に混合装置とエアレーシヨン装置との組み合わせ体が包有され、この場合エア噴射装置が第２および第３のケツトル12、13内の石膏粉を流動化する混合装置の先端縁部に沿つて配設される。この場合図１および図２に沿つて上述したような混合装置は省略される。図８および図９に示す実施態様では混合装置とエアレーシヨン装置の組み合わせ体に、中央車軸39、第１および第２の水平羽根40、41、第１および第２の混合羽根42、43が包有される。また螺旋状の混合羽根42、43が水平羽根40、41の間を垂直方向へ延び、一対の水平支承バー部材44、45が中央シヤフト39と螺旋状の混合羽根42、43の中間部との間に延びている。各螺旋状の混合羽根42、43は破断縁部42ａ、43ａ、先端縁部42ｂ、43ｂ、および後縁部42ｃ、43ｃを有する。混合羽根42、43は石膏粉を先端縁部42ｂ、43ｂを越え、更に後縁部42ｃ、43ｃを越えてケツトルの中央部へ移動するように形成される。この構成によつて混合羽根42、43のほぼ背部の石膏粉に空隙ができ、ケツトル内の石膏粉に渦巻きが生じる。且つまたこの構成の採用により、混合羽根42、43から半径方向外側へ配置されたバーナチユーブ15から石膏粉が取り除かれ放出される。好ましくは噴射ポート部48がバーナチユーブ15へ向けて配設され、ケツトルの中央部へ石膏粉を向ける渦巻き作用により放出されるときバーナチユーブ15から石膏粉を吹き飛ばすように設けられる。
各螺旋羽根42、43にはそれぞれ、破断縁部42ａ、43ａに沿つてエアパイプ46、47が具備される。各エアパイプ46、47には半径方向に配向され空気をケツトル内蔵物内へ噴射し流動化する複数のポート部48が形成される。圧縮空気はシヤフト39内の内部通路39ａと連結された管路49を経てエアパイプ46、47へ供給され、内部通路39ａは支承バー部材44、45内の通路44ａ、45ａを経てエアパイプ46、47に連結される。破断縁部に沿つてエア噴射装置を有する混合羽根の実施態様を一例として図示したが、混合羽根の構成およびエアパイプと半径方向に向けられたポート部の位置決めを大幅に変更してもよいことは理解されよう。
好ましい実施態様では、流動化装置に好ましくは図４〜図７に示す流動化装置がおよび図８および図９に示す流動化装置が含まれる。更に詳しくは第２および第３のケツトル12、13、あるいは第１のケツトル11の後続のケツトルには、ケトルシエル14の外周部近傍に配置された複数のケトルシエル14と破断縁部42ａ、43ａに沿つて配置され空気を石膏粉内に噴射するエアパイプ46、47を有する混合羽根42、43とが包有される。このような流動化装置の組み合わせ体により、第２および第３のケツトル、あるいは第１のケツトルの後段のケツトルを経た処理中石膏粉が流動化媒体、好ましくは空気と確実に十分に流動化され得る。一方流動化装置は図３〜図９に示す異なる構造の各種の組み合わせ体を含む多様の構成を取ることができることは理解されよう。
硬石膏製品を製造する本発明の方法について、図面の特定の装置に沿つて説明する。まず石膏粉20はコンベア18および入力ライザ19を用いて第１のケツトル11内に供給され、更に第１のケツトル11内で約250°F（約121℃）〜380°F（約193℃）、好ましくは310°F（約154℃）の第１の所定温度まで加熱される。加熱された石膏粉は次に、第１のケツトル11からオーバフロー管26を経て第２のケツトル12内へ流出される。第２のケツトル12内の石膏粉は次に、第１の所定温度より高い第２の所定温度まで加熱され、同時に第２のケツトル12内で流動化される。第２の所定温度は約500°F（約260℃）〜800°F（約426℃）、好ましくは約600°F（約315℃）にされ、この温度での石膏粉は多相製品になる。次に石膏粉は第２のケツトル12からオーバフローチユーブ27を経て第３のケツトル13内へと流入される。第３のケツトル内の石膏粉は第２の所定温度より高い第３の所定温度まで加熱され、同時に第３のケツトル内で流動化される。第３の所定温度は900°F（約482℃）、好ましくは930°F（約498℃）より高く、これにより不溶の硬石膏、即ちデツドバーン製品が確実に第３のケツトルから回収できる。第３の所定温度はデツドバーンを製造する900°F（約482℃）〜1300°F（約704℃）の範囲内に、好ましくは約1000°F（約537℃）にすることが必要である。第３のケツトルから回収される石膏粉は実質的に不溶の硬石膏製品である硫酸カルシウム硬石膏、あるいは所望ならば第３あるいは最終温度が900°F（約482℃）より低い場合可溶の硬石膏にすることもできる。回収される材料は次いで周知のコンベア等を介して冷却、パツクする周知の装置（図示せず）へ送られる。第２および第３のケツトル第２のケツトル12、13内の石膏粉の流動化は各種の態様で実現でき、第２および第３のケツトル内の流動化装置は同一にも異なるようにも構成できる。好ましい実施例においては、混合装置及び流動化装置が組合わせて用いられ、混合羽根には先端縁部に沿つてケツトル内蔵物を流動化するエア噴射パイプが具備される。更に好ましい実施例によれば、流動化装置にはケトルシエル14の外周部近傍に設けられ第２および第３のケツトル12、13内で石膏粉を更に流動化しエアレーシヨン処理を行う複数のエア噴射ノズル34が配設される。図示の３個のケツトルを有した一の実施態様の場合、システムは時間当たり４トンの流速を有するよう設計され、現在時間当たり２トンの流速で稼働される。
上述の本発明によれば耐火費用を必要とする事なく焼成工程により実質的に硫酸カルシウム硬石膏からなる石膏を回収する効果的で有効な方法が提供される。この方法によれば、第２および第３のケツトル内、あるいは第１ケツトルの後続のケツトル内に流動化装置を設けることにより、多くの従来装置による流動化の問題を克服できる。
本発明による上述実施態様を図示に沿つて詳述したが、本発明は本発明の精神および範囲を離れる事なく変更可能であることは理解されよう。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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