ロータリーキルンのガスシール構造及びガスシール方法
【課題】ロータリーキルンにおいて、内部ガスの炉外への漏出を確実に遮断することのできるガスシール構造を提供すること。
【解決手段】例えばウエルツキルンプロセスに好適に用いられる、ロータリーキルンのガスシール構造であって、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、好ましくは外気を導入する外気導入機構によって外気を導入するシール構造である。導入された外気が、シール空間を経て、第１摺動部を介して前記固定フード部内へ流入することにより内部ガスの炉外への漏出を防ぐことができる。
【解決手段】例えばウエルツキルンプロセスに好適に用いられる、ロータリーキルンのガスシール構造であって、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、好ましくは外気を導入する外気導入機構によって外気を導入するシール構造である。導入された外気が、シール空間を経て、第１摺動部を介して前記固定フード部内へ流入することにより内部ガスの炉外への漏出を防ぐことができる。
【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ガスシール構造及びそれを用いたガスシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼電気炉等で発生するいわゆる鉄鋼ダスト中には、亜鉛を含む有価金属が存在している。このダストから亜鉛を分離させる方法として、例えばウエルツキルンプロセスに代表されるロータリーキルンを用いた還元焙焼法がある。ウエルツキルンプロセスは、ロータリーキルンを使用して鉄鋼ダストを還元雰囲気中で焙焼することにより亜鉛を還元揮発させるとともに酸化物として回収する方法である。
【０００３】
一般に焙焼用のキルンには炉内のガスの漏出を防ぐための気密性が求められるが、回転式の加熱炉であるロータリーキルンにおいては、回転するキルン本体部と、キルン本体の端部側を覆う固定フードとの接点となる摺動部においては、構造上、僅かな隙間が形成されざるをえない。そのため、その隙間からのガス漏出を防ぐためのシール構造が求められる。又、高温度で使用するキルン本体は、その長手方向に相応の膨張が起こるため、これらの膨張或いは収縮を吸収又は回避しうるシール構造も求められていた。
【０００４】
そのようなシール構造として、ラビリンス構造による圧力損失により炉内圧と炉外圧の圧力差を確保するラビリンスシールや、グランドパッキンを摺動部に用いるグランドシールや、リップパッキンを摺動部に用いるリップ式シール等が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、ラビリンスシールはリークしやすく、グランドシール、リップ式シール等は、摺動部の密閉性がパッキンの性質に大きく依存することになる。１０００℃以上の高温処理となる回転炉のような過酷な条件では、耐熱性、耐磨耗性、弾力性の全てを満足するパッキンがないため、適当な弾力性を持ち密閉性に優れているが劣化の速いパッキンを選択するか耐久性はあるが密閉性の劣るパッキンを選択するしかなく、いずれにしても、内部ガスを安定的に遮断できず内部ガス漏出を充分に防ぎえるものではない。
【０００６】
ラビリンス構造或いは何らかのパッキンを用いた構造の上記問題点を解消しうるシール構造として、窒素ガス等の不活性ガスをシール部に注入して高圧の不活性ガスによるエアーウォールを形成して内部ガスを遮断するガスシール構造がある。このシール構造は、多量の不活性ガスが必要となり高コストであるため、ロータリーキルンへの適用は少なかったが、特許文献２に記載のシール構造のように、必要な不活性ガスの量を低減したものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６０−２８３９６号公報
【特許文献２】特開平８−１４５５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載のシール構造であっても、やはり、一定量の不活性ガスを必要とすることには変わらず、更に低コストで、内部ガスの炉外への漏出を遮断することのできるガスシール構造が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に、還元雰囲気の回転炉の場合は炉内に大気が混入すると爆発を起こす場合があるとされるが、ウエルツキルンプロセスにおいてはロータリーキルンの入り口側から反応用或いは揮発した亜鉛の搬送用の空気を導入し、同時に気流搬送中における再酸化をしている。そのため、シール部には不活性ガスではなく、外気を導入しても何ら問題はない。本発明者らは、ロータリーキルンのガスシール構造を、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、空気、即ち外気を導入する外気導入機構によって外気を導入する構造とすることにより、ウエルツキルンプロセスに代表されるように反応用の酸素を炉内へ導入する一定のプロセスにおいては、不活性ガスを必要とせずに、内部ガスの漏出を安定的に防止することができることを見出した。
【００１０】
そして更に、本発明者らは、上記構造を備えるロータリーキルンのガスシール構造は、高熱負荷に晒されるロータリーキルン本体を冷却する効果をも奏し、ロータリーキルンの耐久性を向上させるものであることを見出し、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。
【００１１】
（１） ロータリーキルンのガスシール構造であって、円筒状のキルン本体と、前記キルン本体の一端部を覆う固定フードと、前記キルン本体の一端部の外周と、前記固定フードとの間に形成されるシール部と、を備え、前記シール部は、前記固定フードの内周面にキルン本体の一端側から順に配置される円周状の第１摺動部及び第２摺動部と、前記キルン本体の外周面に配置される本体側摺動部と、前記固定フードの内周面と、で囲まれた空間によって形成されるシール空間と、前記シール空間内へ外気を導入する外気導入機構と、を備え、前記外気導入機構によって導入された外気が、前記シール空間を経て、前記第１摺動部を介して、前記固定フード部内へ流入するように構成されていることを特徴とするロータリーキルンのガスシール構造。
【００１２】
（２） ウエルツキルンプロセスに用いられる（１）に記載のガスシール構造。
【００１３】
（３） （１）又は（２）に記載のガスシール構造によるロータリキルンのガスシール方法であって、前記外気導入機構から外気を導入することにより前記ロータリーキルン内のガスの漏出を遮断し、更に、導入された前記外気を前記固定フード部内へさせることにより、前記キルン本体を冷却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。
【００１４】
（４） （３）に記載のロータリーキルンのガスシール方法であって、前記第１摺動部から前記固定フード内に流入する前記外気の吹き出し速度が、平均流速３．０ｍ／ｓ以上である、ロータリーキルンのガスシール方法。
【発明の効果】
【００１５】
ロータリーキルンのガスシール構造を、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、空気、即ち外気を導入する外気導入機構によって外気を導入するガスシール構造とし、更に外気を積極的に炉内に導入する構造とした。これにより、不活性ガスを必要とせずに、内部ガスの漏出を安定的に且つ低コストで防止できるガスシール構造を提供することができる。又、外気による冷却効果によりロータリーキルンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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ガスシール構造の構成を示す断面模式図である。
【図３】本発明のロータリーキルンのガスシール構造を備えるロータリーキルンについて、操業日数経過に伴うキルン本体の厚さ減損量を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明のガスシール構造の一実施形態となるロータリーキルン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、中空円筒形状の窯であるキルン本体１０、キルン本体１０を図中のＲ方向に回転可能に支持するキルン支持部（図示せず）、キルン本体の一端部を覆う固定フード２０、固定フード２０内に外気を導入する機能を備える外気導入機構４０、キルン本体１０内部を熱するための熱風を送風するバーナー５０、及びキルン本体１０に回転力を伝える駆動ギヤ６０を備える回転式の加熱炉である。尚、キルン本体１０は、使用時に、被焙焼物の投入口である入口１１から被焙焼物の排出口である出口１２に向けて被焙焼物の移動する方向に向けて、水平面に対し３〜４％の傾斜をもつように設置される。
【００１９】
ロータリーキルン１においては、バーナー５０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ６０によりキルン本体１０をＲ方向に回転させながら、入口１１より、鉄鋼ダスト等をａ方向へと搬入する。鉄鋼ダスト等はキルン本体１０の傾斜に沿って攪拌、焙焼されながらキルン本体１０内を出口１２の方向に向かって移動してゆき、出口１２からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。
【００２０】
＜ロータリーキルンのガスシール構造＞
次に、図２を参照しながら、本発明のロータリーキルンのガスシール構造２の詳細について説明する。図２は、本発明のロータリーキルンのガスシール構造２の構成を示す断面模式図である。
【００２１】
本発明のロータリーキルンのガスシール構造２は、キルン本体１０、固定フード２０、キルン本体１０と固定フード２０との間に介在する第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂと、本体側摺動部３２と、によって構成されるシール部３０、及び外気導入機構４０によって構成される。シール部３０の内部、即ち、第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂと、キルン本体１０の一端側の外周面と、固定フード２０の内周面と、で囲まれた空間であるシール空間３３が形成されている。そして、固定フード２０のシール空間３３上の位置には外気を導入するための外気導入口２１が設けられており、外気導入口２１に、空気ファン等を備える外気導入機構４０が接続されている。又、固定フード２０における第２摺動部３１Ｂの外面側には環境集塵用フード２２が設けられている。
【００２２】
第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂ（以下、これらをまとめて摺動部３１とも言う）は、固定フード２０のキルン本体１０の一端側から順に配置される円周状の一対の摺動部である。摺動部３１は、シール能力を高める観点からは、キルン本体１０の外周を全て覆うように環状に連結して形成された円周状のものであることが好ましい。但し、本発明のロータリーキルンのガスシール構造における円周状の一対の摺動部とはこれに限らない。摺動部３１がキルン本体１０の外周に沿って内部ガスの漏出を防ぐ上で必要な部分に形成されているものであれば、完全な環状に連結して形成されておらずキルン本体１０の外周上の一部に摺動部３１が形成されていない部分があるものもであってもよい。例えば、摺動部３１が高温の内部ガスの漏出経路となりやすいキルン本体１０の外周の上部半分とすることで、実用上充分なシール能力を保持することも可能な場合もあり、この場合、キルン本体１０の外周の略上部半分を覆うように形成された半円周状のものであっても本発明の範囲である。摺動部３１は、セラミックス製耐熱クロスにより形成することができる。本体側摺動部３２は、キルン本体１０の本体の一端側近傍で、摺動部３１の直下となる位置にキルン本体１０外周面に形成される板状の部材である。本体側摺動部３２は金属製の板材により形成することができ、ステンレス製のスリップ板を好ましく用いることができる。尚、本体側摺動部３２は、図２に示す通り、第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂの間の幅よりも幅広に形成されることが好ましい。これにより、キルン本体の膨張或いは収縮によって内部ガスの遮断能力が低下することを防ぐことができる。シール部３０は、キルン本体１０の回転時に、摺動部３１と、本体側摺動部３２が接触した状態で摺動するように形成されるが、その構造上、シール空間３３に完全な気密性を確保することは難しく、摺動部３１と、本体側摺動部３２の間に若干の隙間が生じる。本発明のガスシール構造は、そのような隙間を積極的に利用し、その隙間から外気を炉内へ積極的に流出させることにより、内部ガスの漏出を遮断し、更に、キルン本体１０を冷却しその耐久性を向上させるものである。又、キルン本体１０の膨張や収縮に無関係な面でシール部３０を構成しているため、キルン本体１０の膨張収縮によって内部ガスの漏出遮断能力が低下することがない構造となっている。
【００２３】
外気導入機構４０は、シール空間３３に外気を導入するための通空路であり、空気ファン、エアポンプ等の外気を導入することのできる空調機器４１を備える。外気導入機構４０は、シール空間３３にロータリーキルン１周囲の外気７０Ａをそのまま導入できるものであれば、特に限定されず、公知のファン装置、エアポンプ等の空調機器４１を備えるものを適宜適用することができる。又、外気導入機構４０は、第１摺動部３１Ａと本体側摺動部３２との間の隙間から固定フード２０内部方向へ吹き出す外気７０Ｂの吹き出し速度については、少なくとも平均流速１．０ｍ／ｓ以上、好ましくは平均流速３．０ｍ／ｓ以上を確保することできる能力があることが好ましい。そのような外気導入機構４０の具体例の詳細については後の実施例において示す。
【００２４】
外気導入機構４０から導入された外気７０Ａは、不完全な気密空間であるシール空間３３に導入される。シール空間３３は不完全ではあるものの一定の気密性を備える空間でもあるため、外気の導入によってシール空間３３内部の気圧がその外部の気圧よりも高くなる。そして、シール空間３３内部の気圧が一定の圧力に達すると導入された外気７０Ａは第一摺動部３１Ａ側から固定フード２０内部方向へ（外気７０Ｂ）、或いは第２摺動部３１Ｂ側から環境集塵用フード２２内へ（外気７０Ｃ）、それぞれ流出する。そして、固定フード２０内部方向へ流出した外気７０Ｂはキルン本体１０内へと流入することとなる。一方、固定フード２０内等で発生したフード内流出ガス８０Ａは、固定フード２０内における高温焼成物の落下排出に伴う気圧変動やフード内上昇気流やキルン内の微妙な気圧変動等により第一摺動部３１Ａ付近に移動する。しかし、このフード内流出ガス８０Ａは、外気７０Ｂによりフード内に押し戻され、フード内流出ガス８０Ａの第１摺動部３１Ａの隙間からの漏出を防ぐことができる。フード内に押し戻されたフード内流出ガス８０Ａは、炉内ガス８０とともに、キルン内部を経て、例えば、排ガス吸引ファンによって排ガス処理設備に誘導される。
【００２５】
ここで、ロータリーキルン１の出口１２近傍の部分については、１２００℃程度の雰囲気温度があり、内部ガスと接触するキルンシェル表面の高温酸化が問題となっていた。外気７０Ｂは、高温の熱負荷に晒されるキルン本体１０の出口１２近傍部分を冷却する効果をも奏するため、後に実施例において詳しく説明する通り、当該冷却効果により、ロータリーキルン１の耐久性を高めることができる。
【００２６】
＜ロータリーキルンのガスシール方法＞
引き続き、図２を参照しながら、本発明のロータリーキルンのガスシール方法について説明する。
【００２７】
本発明のロータリーキルンのガスシール方法は、上記において説明した、本発明のロータリーキルンのガスシール構造を備えるロータリーキルン１におけるガスシール方法である。従来より還元焙焼炉に適用されてきた不活性ガスによるガスシールと異なり、シール部に外気を導入する方法としたため、大幅なコストの削減を可能としている点、及び、外気を炉内に積極的に導入することにより、内部ガスの漏出を遮断しつつ、同時にキルン本体１０を冷却してその耐久性を向上させる点、更に、キルン本体１０の膨張や収縮に無関係な面でシール部３０を構成しているため、キルン本体１０の膨張収縮によって内部ガスの漏出遮断能力が低下することがない構造となっている点が本発明の特徴である。
【００２８】
シール空間３３に導入する外気の流量に関しては、シール空間３３の内部気圧を炉内の気圧より０．５〜１．０ｋＰａ程度高く保つだけの流量が必要となる。このような内圧を保持することにより、フード内流出ガス８０Ａの摺動部３１の隙間からの外部への漏出を遮断することができる。外気の流量の具体例の詳細については後の実施例において示す。外気の流量を適宜調整することによって、第一摺動部３１Ａ側から固定フード２０内部方向への外気の吹き出し速度について、平均流速３．５ｍ／ｓ以上を確保することが好ましい。固定フード２０内部方向へ流出した外気７０Ｂによる気流、及びシール空間３３内部の空気圧によって、フード内流出ガス８０Ａの摺動部３１の隙間からの外部への漏出が遮断できる。
【００２９】
又、本発明のロータリーキルンのガスシール方法は、外気を炉内に積極的に導入する方法としたため、外気７０Ｂによってキルン本体１０を冷却することができるようになった。これにより、キルン本体１０の耐久性を顕著に高めることができる。
【００３０】
以上、本発明のロータリーキルンのガスシール方法を、キルン本体１０の出口１２側に摺動部３１が設けられている場合について説明したが、本方法は、これに限らず、例えば、キルン本体１０の入口１１側に摺動部３１が設けられている場合についても同様に適用することができる。
【実施例】
【００３１】
製鋼ダストを還元焙焼するウエルツキルン法によるロータリーキルンの出口側において本発明のガスシール構造及びガスシール方法を採用し、実施例とした。又、従来公知のシール手段であるラビリンスシールを採用したロータリーキルンを比較例とした。
【００３２】
実施例のロータリーキルンについては、ロータリーキルンの出口側について、上記において説明した図２に示すガスシール構造２と同様の構成を採用し、摺動部には、本体側摺動部としてはステンレス製のスリップ板を設置し、第１摺動部及び第２摺動部としてはセラミックス耐熱クロスをスリップ板に充分接触するように設置した。
【００３３】
そして、摺動部、キルン本体外周面、固定フード内面で密閉された幅７００ｍｍ、高さ５００ｍｍのシール空間に外気を導入した。尚、キルン本体の外周面における直径は３．６ｍで、ガスシール構造はキルン本体の外周の全周を覆うように円周状に設けた。このとき、外気導入機構として設置したファンにより、シール空間内圧力を１．５ｋＰａで維持できるように流量調整を行い、８０００〜１２０００ｍ３／ｈ程度の外気を導入した。第１摺動部及び第２摺動部下端とキルン本体外周との間には、キルン本体の歪みや、セラミック製耐熱クロスの変形や摩耗により、最終的には平均３５ｍｍ程度の隙間が全周に亘り空いていた。この場合平均流速３．５ｍ／ｓで炉内及び環境集塵側に外気が流れ、内部ガスの遮断には十分効果があった。
【００３４】
従来公知のシール手段であるラビリンスシールを採用した比較例のロータリーキルンでは、炉内圧を、−０．１〜−０．２ｋＰａで維持していたが、ラビリンス構造部を囲う環境集塵フードに内部ガスが流れ込み、ラビリンスを形成するシールリングの隙間にダストが堆積固着して高温腐食が促進されたり、或いはダストがその隙間に固着してシールリングが競り合って最終的には溶接部が破断したり、このような事態が補修後数ヶ月以内に発生していた。
【００３５】
実施例、比較例それぞれのロータリーキルンについて、操業日数経過に伴うキルン本体出口側近傍部分の定点の厚さ減損量を測定した。比較例については２機のロータリーキルンについての上記測定値の平均値を結果値として比較対象とした。結果を図３に示す。
【００３６】
実施例のロータリーキルンにおいては、外気取り込みに伴う出口側周辺部の温度低下より、高温腐食速度の著しい低下が認められる。従来０．５年で５ｍｍ程度減肉していたが、改造後は０．５年で１ｍｍ程度と８０％改善できている。シール部については腐食傾向性が検出されなかった。これにより、従来は、１０年経過時に炉端部の交換が必要であったが、本発明の実施によって炉端部交換までの期間を従来の５倍程度まで延長できる見込みである。又、従来は、略３ヶ月経過毎にガス洩れ対応を実施しなくてはならなかったが、本発明実施によるガスシール構造の改善後については、ガス洩れは一切無く、周辺環境は大きく改善された。
【符号の説明】
【００３７】
１ ロータリーキルン
１０ キルン本体
１１ 入口
１２ 出口
２ ガスシール構造
２０ 固定フード
２１ 外気導入口
２２ 環境集塵用フード
３０ シール部
３１ 摺動部
３１Ａ 第１摺動部
３１Ｂ 第２摺動部
３２ 本体側摺動部
３３ シール空間
４０ 外気導入機構
４１ 空調機器
５０ バーナー
６０ 駆動ギヤ
７０Ａ〜Ｃ 外気
８０ 炉内ガス
８０Ａ フード内流出ガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンのガスシール構造及びそれを用いたガスシール方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼電気炉等で発生するいわゆる鉄鋼ダスト中には、亜鉛を含む有価金属が存在している。このダストから亜鉛を分離させる方法として、例えばウエルツキルンプロセスに代表されるロータリーキルンを用いた還元焙焼法がある。ウエルツキルンプロセスは、ロータリーキルンを使用して鉄鋼ダストを還元雰囲気中で焙焼することにより亜鉛を還元揮発させるとともに酸化物として回収する方法である。
【０００３】
一般に焙焼用のキルンには炉内のガスの漏出を防ぐための気密性が求められるが、回転式の加熱炉であるロータリーキルンにおいては、回転するキルン本体部と、キルン本体の端部側を覆う固定フードとの接点となる摺動部においては、構造上、僅かな隙間が形成されざるをえない。そのため、その隙間からのガス漏出を防ぐためのシール構造が求められる。又、高温度で使用するキルン本体は、その長手方向に相応の膨張が起こるため、これらの膨張或いは収縮を吸収又は回避しうるシール構造も求められていた。
【０００４】
そのようなシール構造として、ラビリンス構造による圧力損失により炉内圧と炉外圧の圧力差を確保するラビリンスシールや、グランドパッキンを摺動部に用いるグランドシールや、リップパッキンを摺動部に用いるリップ式シール等が提案されている（特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、ラビリンスシールはリークしやすく、グランドシール、リップ式シール等は、摺動部の密閉性がパッキンの性質に大きく依存することになる。１０００℃以上の高温処理となる回転炉のような過酷な条件では、耐熱性、耐磨耗性、弾力性の全てを満足するパッキンがないため、適当な弾力性を持ち密閉性に優れているが劣化の速いパッキンを選択するか耐久性はあるが密閉性の劣るパッキンを選択するしかなく、いずれにしても、内部ガスを安定的に遮断できず内部ガス漏出を充分に防ぎえるものではない。
【０００６】
ラビリンス構造或いは何らかのパッキンを用いた構造の上記問題点を解消しうるシール構造として、窒素ガス等の不活性ガスをシール部に注入して高圧の不活性ガスによるエアーウォールを形成して内部ガスを遮断するガスシール構造がある。このシール構造は、多量の不活性ガスが必要となり高コストであるため、ロータリーキルンへの適用は少なかったが、特許文献２に記載のシール構造のように、必要な不活性ガスの量を低減したものも提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開昭６０−２８３９６号公報
【特許文献２】特開平８−１４５５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に記載のシール構造であっても、やはり、一定量の不活性ガスを必要とすることには変わらず、更に低コストで、内部ガスの炉外への漏出を遮断することのできるガスシール構造が求められていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一般に、還元雰囲気の回転炉の場合は炉内に大気が混入すると爆発を起こす場合があるとされるが、ウエルツキルンプロセスにおいてはロータリーキルンの入り口側から反応用或いは揮発した亜鉛の搬送用の空気を導入し、同時に気流搬送中における再酸化をしている。そのため、シール部には不活性ガスではなく、外気を導入しても何ら問題はない。本発明者らは、ロータリーキルンのガスシール構造を、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、空気、即ち外気を導入する外気導入機構によって外気を導入する構造とすることにより、ウエルツキルンプロセスに代表されるように反応用の酸素を炉内へ導入する一定のプロセスにおいては、不活性ガスを必要とせずに、内部ガスの漏出を安定的に防止することができることを見出した。
【００１０】
そして更に、本発明者らは、上記構造を備えるロータリーキルンのガスシール構造は、高熱負荷に晒されるロータリーキルン本体を冷却する効果をも奏し、ロータリーキルンの耐久性を向上させるものであることを見出し、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。
【００１１】
（１） ロータリーキルンのガスシール構造であって、円筒状のキルン本体と、前記キルン本体の一端部を覆う固定フードと、前記キルン本体の一端部の外周と、前記固定フードとの間に形成されるシール部と、を備え、前記シール部は、前記固定フードの内周面にキルン本体の一端側から順に配置される円周状の第１摺動部及び第２摺動部と、前記キルン本体の外周面に配置される本体側摺動部と、前記固定フードの内周面と、で囲まれた空間によって形成されるシール空間と、前記シール空間内へ外気を導入する外気導入機構と、を備え、前記外気導入機構によって導入された外気が、前記シール空間を経て、前記第１摺動部を介して、前記固定フード部内へ流入するように構成されていることを特徴とするロータリーキルンのガスシール構造。
【００１２】
（２） ウエルツキルンプロセスに用いられる（１）に記載のガスシール構造。
【００１３】
（３） （１）又は（２）に記載のガスシール構造によるロータリキルンのガスシール方法であって、前記外気導入機構から外気を導入することにより前記ロータリーキルン内のガスの漏出を遮断し、更に、導入された前記外気を前記固定フード部内へさせることにより、前記キルン本体を冷却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。
【００１４】
（４） （３）に記載のロータリーキルンのガスシール方法であって、前記第１摺動部から前記固定フード内に流入する前記外気の吹き出し速度が、平均流速３．０ｍ／ｓ以上である、ロータリーキルンのガスシール方法。
【発明の効果】
【００１５】
ロータリーキルンのガスシール構造を、二重に設けられた摺動部間に形成されるシール空間に、空気、即ち外気を導入する外気導入機構によって外気を導入するガスシール構造とし、更に外気を積極的に炉内に導入する構造とした。これにより、不活性ガスを必要とせずに、内部ガスの漏出を安定的に且つ低コストで防止できるガスシール構造を提供することができる。又、外気による冷却効果によりロータリーキルンの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】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ガスシール構造の構成を示す断面模式図である。
【図３】本発明のロータリーキルンのガスシール構造を備えるロータリーキルンについて、操業日数経過に伴うキルン本体の厚さ減損量を測定した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明のガスシール構造の一実施形態となるロータリーキルン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、中空円筒形状の窯であるキルン本体１０、キルン本体１０を図中のＲ方向に回転可能に支持するキルン支持部（図示せず）、キルン本体の一端部を覆う固定フード２０、固定フード２０内に外気を導入する機能を備える外気導入機構４０、キルン本体１０内部を熱するための熱風を送風するバーナー５０、及びキルン本体１０に回転力を伝える駆動ギヤ６０を備える回転式の加熱炉である。尚、キルン本体１０は、使用時に、被焙焼物の投入口である入口１１から被焙焼物の排出口である出口１２に向けて被焙焼物の移動する方向に向けて、水平面に対し３〜４％の傾斜をもつように設置される。
【００１９】
ロータリーキルン１においては、バーナー５０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ６０によりキルン本体１０をＲ方向に回転させながら、入口１１より、鉄鋼ダスト等をａ方向へと搬入する。鉄鋼ダスト等はキルン本体１０の傾斜に沿って攪拌、焙焼されながらキルン本体１０内を出口１２の方向に向かって移動してゆき、出口１２からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。
【００２０】
＜ロータリーキルンのガスシール構造＞
次に、図２を参照しながら、本発明のロータリーキルンのガスシール構造２の詳細について説明する。図２は、本発明のロータリーキルンのガスシール構造２の構成を示す断面模式図である。
【００２１】
本発明のロータリーキルンのガスシール構造２は、キルン本体１０、固定フード２０、キルン本体１０と固定フード２０との間に介在する第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂと、本体側摺動部３２と、によって構成されるシール部３０、及び外気導入機構４０によって構成される。シール部３０の内部、即ち、第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂと、キルン本体１０の一端側の外周面と、固定フード２０の内周面と、で囲まれた空間であるシール空間３３が形成されている。そして、固定フード２０のシール空間３３上の位置には外気を導入するための外気導入口２１が設けられており、外気導入口２１に、空気ファン等を備える外気導入機構４０が接続されている。又、固定フード２０における第２摺動部３１Ｂの外面側には環境集塵用フード２２が設けられている。
【００２２】
第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂ（以下、これらをまとめて摺動部３１とも言う）は、固定フード２０のキルン本体１０の一端側から順に配置される円周状の一対の摺動部である。摺動部３１は、シール能力を高める観点からは、キルン本体１０の外周を全て覆うように環状に連結して形成された円周状のものであることが好ましい。但し、本発明のロータリーキルンのガスシール構造における円周状の一対の摺動部とはこれに限らない。摺動部３１がキルン本体１０の外周に沿って内部ガスの漏出を防ぐ上で必要な部分に形成されているものであれば、完全な環状に連結して形成されておらずキルン本体１０の外周上の一部に摺動部３１が形成されていない部分があるものもであってもよい。例えば、摺動部３１が高温の内部ガスの漏出経路となりやすいキルン本体１０の外周の上部半分とすることで、実用上充分なシール能力を保持することも可能な場合もあり、この場合、キルン本体１０の外周の略上部半分を覆うように形成された半円周状のものであっても本発明の範囲である。摺動部３１は、セラミックス製耐熱クロスにより形成することができる。本体側摺動部３２は、キルン本体１０の本体の一端側近傍で、摺動部３１の直下となる位置にキルン本体１０外周面に形成される板状の部材である。本体側摺動部３２は金属製の板材により形成することができ、ステンレス製のスリップ板を好ましく用いることができる。尚、本体側摺動部３２は、図２に示す通り、第１摺動部３１Ａ及び第２摺動部３１Ｂの間の幅よりも幅広に形成されることが好ましい。これにより、キルン本体の膨張或いは収縮によって内部ガスの遮断能力が低下することを防ぐことができる。シール部３０は、キルン本体１０の回転時に、摺動部３１と、本体側摺動部３２が接触した状態で摺動するように形成されるが、その構造上、シール空間３３に完全な気密性を確保することは難しく、摺動部３１と、本体側摺動部３２の間に若干の隙間が生じる。本発明のガスシール構造は、そのような隙間を積極的に利用し、その隙間から外気を炉内へ積極的に流出させることにより、内部ガスの漏出を遮断し、更に、キルン本体１０を冷却しその耐久性を向上させるものである。又、キルン本体１０の膨張や収縮に無関係な面でシール部３０を構成しているため、キルン本体１０の膨張収縮によって内部ガスの漏出遮断能力が低下することがない構造となっている。
【００２３】
外気導入機構４０は、シール空間３３に外気を導入するための通空路であり、空気ファン、エアポンプ等の外気を導入することのできる空調機器４１を備える。外気導入機構４０は、シール空間３３にロータリーキルン１周囲の外気７０Ａをそのまま導入できるものであれば、特に限定されず、公知のファン装置、エアポンプ等の空調機器４１を備えるものを適宜適用することができる。又、外気導入機構４０は、第１摺動部３１Ａと本体側摺動部３２との間の隙間から固定フード２０内部方向へ吹き出す外気７０Ｂの吹き出し速度については、少なくとも平均流速１．０ｍ／ｓ以上、好ましくは平均流速３．０ｍ／ｓ以上を確保することできる能力があることが好ましい。そのような外気導入機構４０の具体例の詳細については後の実施例において示す。
【００２４】
外気導入機構４０から導入された外気７０Ａは、不完全な気密空間であるシール空間３３に導入される。シール空間３３は不完全ではあるものの一定の気密性を備える空間でもあるため、外気の導入によってシール空間３３内部の気圧がその外部の気圧よりも高くなる。そして、シール空間３３内部の気圧が一定の圧力に達すると導入された外気７０Ａは第一摺動部３１Ａ側から固定フード２０内部方向へ（外気７０Ｂ）、或いは第２摺動部３１Ｂ側から環境集塵用フード２２内へ（外気７０Ｃ）、それぞれ流出する。そして、固定フード２０内部方向へ流出した外気７０Ｂはキルン本体１０内へと流入することとなる。一方、固定フード２０内等で発生したフード内流出ガス８０Ａは、固定フード２０内における高温焼成物の落下排出に伴う気圧変動やフード内上昇気流やキルン内の微妙な気圧変動等により第一摺動部３１Ａ付近に移動する。しかし、このフード内流出ガス８０Ａは、外気７０Ｂによりフード内に押し戻され、フード内流出ガス８０Ａの第１摺動部３１Ａの隙間からの漏出を防ぐことができる。フード内に押し戻されたフード内流出ガス８０Ａは、炉内ガス８０とともに、キルン内部を経て、例えば、排ガス吸引ファンによって排ガス処理設備に誘導される。
【００２５】
ここで、ロータリーキルン１の出口１２近傍の部分については、１２００℃程度の雰囲気温度があり、内部ガスと接触するキルンシェル表面の高温酸化が問題となっていた。外気７０Ｂは、高温の熱負荷に晒されるキルン本体１０の出口１２近傍部分を冷却する効果をも奏するため、後に実施例において詳しく説明する通り、当該冷却効果により、ロータリーキルン１の耐久性を高めることができる。
【００２６】
＜ロータリーキルンのガスシール方法＞
引き続き、図２を参照しながら、本発明のロータリーキルンのガスシール方法について説明する。
【００２７】
本発明のロータリーキルンのガスシール方法は、上記において説明した、本発明のロータリーキルンのガスシール構造を備えるロータリーキルン１におけるガスシール方法である。従来より還元焙焼炉に適用されてきた不活性ガスによるガスシールと異なり、シール部に外気を導入する方法としたため、大幅なコストの削減を可能としている点、及び、外気を炉内に積極的に導入することにより、内部ガスの漏出を遮断しつつ、同時にキルン本体１０を冷却してその耐久性を向上させる点、更に、キルン本体１０の膨張や収縮に無関係な面でシール部３０を構成しているため、キルン本体１０の膨張収縮によって内部ガスの漏出遮断能力が低下することがない構造となっている点が本発明の特徴である。
【００２８】
シール空間３３に導入する外気の流量に関しては、シール空間３３の内部気圧を炉内の気圧より０．５〜１．０ｋＰａ程度高く保つだけの流量が必要となる。このような内圧を保持することにより、フード内流出ガス８０Ａの摺動部３１の隙間からの外部への漏出を遮断することができる。外気の流量の具体例の詳細については後の実施例において示す。外気の流量を適宜調整することによって、第一摺動部３１Ａ側から固定フード２０内部方向への外気の吹き出し速度について、平均流速３．５ｍ／ｓ以上を確保することが好ましい。固定フード２０内部方向へ流出した外気７０Ｂによる気流、及びシール空間３３内部の空気圧によって、フード内流出ガス８０Ａの摺動部３１の隙間からの外部への漏出が遮断できる。
【００２９】
又、本発明のロータリーキルンのガスシール方法は、外気を炉内に積極的に導入する方法としたため、外気７０Ｂによってキルン本体１０を冷却することができるようになった。これにより、キルン本体１０の耐久性を顕著に高めることができる。
【００３０】
以上、本発明のロータリーキルンのガスシール方法を、キルン本体１０の出口１２側に摺動部３１が設けられている場合について説明したが、本方法は、これに限らず、例えば、キルン本体１０の入口１１側に摺動部３１が設けられている場合についても同様に適用することができる。
【実施例】
【００３１】
製鋼ダストを還元焙焼するウエルツキルン法によるロータリーキルンの出口側において本発明のガスシール構造及びガスシール方法を採用し、実施例とした。又、従来公知のシール手段であるラビリンスシールを採用したロータリーキルンを比較例とした。
【００３２】
実施例のロータリーキルンについては、ロータリーキルンの出口側について、上記において説明した図２に示すガスシール構造２と同様の構成を採用し、摺動部には、本体側摺動部としてはステンレス製のスリップ板を設置し、第１摺動部及び第２摺動部としてはセラミックス耐熱クロスをスリップ板に充分接触するように設置した。
【００３３】
そして、摺動部、キルン本体外周面、固定フード内面で密閉された幅７００ｍｍ、高さ５００ｍｍのシール空間に外気を導入した。尚、キルン本体の外周面における直径は３．６ｍで、ガスシール構造はキルン本体の外周の全周を覆うように円周状に設けた。このとき、外気導入機構として設置したファンにより、シール空間内圧力を１．５ｋＰａで維持できるように流量調整を行い、８０００〜１２０００ｍ３／ｈ程度の外気を導入した。第１摺動部及び第２摺動部下端とキルン本体外周との間には、キルン本体の歪みや、セラミック製耐熱クロスの変形や摩耗により、最終的には平均３５ｍｍ程度の隙間が全周に亘り空いていた。この場合平均流速３．５ｍ／ｓで炉内及び環境集塵側に外気が流れ、内部ガスの遮断には十分効果があった。
【００３４】
従来公知のシール手段であるラビリンスシールを採用した比較例のロータリーキルンでは、炉内圧を、−０．１〜−０．２ｋＰａで維持していたが、ラビリンス構造部を囲う環境集塵フードに内部ガスが流れ込み、ラビリンスを形成するシールリングの隙間にダストが堆積固着して高温腐食が促進されたり、或いはダストがその隙間に固着してシールリングが競り合って最終的には溶接部が破断したり、このような事態が補修後数ヶ月以内に発生していた。
【００３５】
実施例、比較例それぞれのロータリーキルンについて、操業日数経過に伴うキルン本体出口側近傍部分の定点の厚さ減損量を測定した。比較例については２機のロータリーキルンについての上記測定値の平均値を結果値として比較対象とした。結果を図３に示す。
【００３６】
実施例のロータリーキルンにおいては、外気取り込みに伴う出口側周辺部の温度低下より、高温腐食速度の著しい低下が認められる。従来０．５年で５ｍｍ程度減肉していたが、改造後は０．５年で１ｍｍ程度と８０％改善できている。シール部については腐食傾向性が検出されなかった。これにより、従来は、１０年経過時に炉端部の交換が必要であったが、本発明の実施によって炉端部交換までの期間を従来の５倍程度まで延長できる見込みである。又、従来は、略３ヶ月経過毎にガス洩れ対応を実施しなくてはならなかったが、本発明実施によるガスシール構造の改善後については、ガス洩れは一切無く、周辺環境は大きく改善された。
【符号の説明】
【００３７】
１ ロータリーキルン
１０ キルン本体
１１ 入口
１２ 出口
２ ガスシール構造
２０ 固定フード
２１ 外気導入口
２２ 環境集塵用フード
３０ シール部
３１ 摺動部
３１Ａ 第１摺動部
３１Ｂ 第２摺動部
３２ 本体側摺動部
３３ シール空間
４０ 外気導入機構
４１ 空調機器
５０ バーナー
６０ 駆動ギヤ
７０Ａ〜Ｃ 外気
８０ 炉内ガス
８０Ａ フード内流出ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンのガスシール構造であって、
円筒状のキルン本体と、
前記キルン本体の一端部を覆う固定フードと、
前記キルン本体の一端部の外周と、前記固定フードとの間に形成されるシール部と、を備え、
前記シール部は、前記固定フードの内周面にキルン本体の一端側から順に配置される円周状の第１摺動部及び第２摺動部と、前記キルン本体の外周面に配置される本体側摺動部と、前記固定フードの内周面と、で囲まれた空間によって形成されるシール空間と、
前記シール空間内へ外気を導入する外気導入機構と、を備え、
前記外気導入機構によって導入された外気が、前記シール空間を経て、前記第１摺動部を介して、前記固定フード内へ流入するように構成されていることを特徴とするロータリーキルンのガスシール構造。
【請求項２】
ウエルツキルンプロセスに用いられる請求項１に記載のガスシール構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスシール構造によるロータリーキルンのガスシール方法であって、
前記外気導入機構から外気を導入することにより前記ロータリーキルン内のガスの漏出を遮断し、更に、導入された前記外気を前記固定フード内へ流入させることにより、前記キルン本体を冷却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。
【請求項４】
請求項３に記載のロータリーキルンのガスシール方法であって、前記第１摺動部から前記固定フード内に流入する前記外気の吹き出し速度が、平均流速３．０ｍ／ｓ以上である、ロータリーキルンのガスシール方法。
【請求項１】
ロータリーキルンのガスシール構造であって、
円筒状のキルン本体と、
前記キルン本体の一端部を覆う固定フードと、
前記キルン本体の一端部の外周と、前記固定フードとの間に形成されるシール部と、を備え、
前記シール部は、前記固定フードの内周面にキルン本体の一端側から順に配置される円周状の第１摺動部及び第２摺動部と、前記キルン本体の外周面に配置される本体側摺動部と、前記固定フードの内周面と、で囲まれた空間によって形成されるシール空間と、
前記シール空間内へ外気を導入する外気導入機構と、を備え、
前記外気導入機構によって導入された外気が、前記シール空間を経て、前記第１摺動部を介して、前記固定フード内へ流入するように構成されていることを特徴とするロータリーキルンのガスシール構造。
【請求項２】
ウエルツキルンプロセスに用いられる請求項１に記載のガスシール構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のガスシール構造によるロータリーキルンのガスシール方法であって、
前記外気導入機構から外気を導入することにより前記ロータリーキルン内のガスの漏出を遮断し、更に、導入された前記外気を前記固定フード内へ流入させることにより、前記キルン本体を冷却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。
【請求項４】
請求項３に記載のロータリーキルンのガスシール方法であって、前記第１摺動部から前記固定フード内に流入する前記外気の吹き出し速度が、平均流速３．０ｍ／ｓ以上である、ロータリーキルンのガスシール方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５０２７４（Ｐ２０１３−５０２７４Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８８９８２（Ｐ２０１１−１８８９８２）
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３１日（２０１１．８．３１）
【出願人】（０００１８３３０３）住友金属鉱山株式会社 (2,015)
【Ｆターム（参考）】
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