ロータリーキルンの出口側構造
【課題】ロータリーキルンの出口側構造であって、１２００℃程度の高温負荷に晒される状態での操業に耐えうる耐熱耐久性を備えるロータリーキルンの出口側構造を提供すること。
【解決手段】ロータリーキルンの出口側構造における煉瓦受け金物の材料として普通構造用鋼を用い、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合してリング状の煉瓦受けリングとすることにより、開口部の脆弱性を補強し、且つ、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして、金属性支持体を、所定の位置、角度及び密度で自在に設置することにより、耐剥離性を高めた耐火被覆層を構成し、そのような強固な耐火被覆層によって、煉瓦受けリングを被覆する。
【解決手段】ロータリーキルンの出口側構造における煉瓦受け金物の材料として普通構造用鋼を用い、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合してリング状の煉瓦受けリングとすることにより、開口部の脆弱性を補強し、且つ、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして、金属性支持体を、所定の位置、角度及び密度で自在に設置することにより、耐剥離性を高めた耐火被覆層を構成し、そのような強固な耐火被覆層によって、煉瓦受けリングを被覆する。
【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出口側構造に関する。
【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、鉄・亜鉛を主体とする有価金属が主に酸化物として存在している。このダストの鉄と亜鉛を分離させる方法として、例えばロータリーキルンを用いた還元焙焼法がある。
【０００３】
還元焙焼用ロータリーキルンにおいては、中空円筒形状の金属性の外殻（シェル）の内部空間を、高温の焙焼物或いは高温のガス等が通過するため、耐久性を高めるための耐熱構造が必須である。一般に、還元焙焼用ロータリーキルンの金属シェルの内面には隙間なく耐火煉瓦等の耐火物が貼設されているが、キルン本体長手方向の耐火レンガ等の膨張を受ける手段が必要である。通常高温度に晒される出口側端部には耐火煉瓦等を支持する煉瓦受け金物を配置し、耐火煉瓦等が熱膨張によってキルン本体の外側方向へ擦動することを防いでいる。
【０００４】
１０００℃から１２００℃に達する高温の焙焼生成物であるクリンカー等の排出部であるキルン本体の出口側端部には高い熱負荷がかかるため、その部分に設置される煉瓦受け金物の材料としては、通常、耐熱性に優れた耐熱鋳鋼が選択される。例えばＬ字型等の均一形状に鋳造された複数の煉瓦受け金物が出口側端部の周縁部に沿って一定間隔で設置される。そして、隣接する煉瓦受け金物間の隙間と、煉瓦受け金物上には、不定形耐火物等によるライニングが施される。しかし、高温の排出物との定常的な接触によって、ライニングが剥離されると、隣接する煉瓦受け金物間の隙間が空くことにより、キルン本体への熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入により、金属シェルや金属シェルに接合された煉瓦受け金物の取り付け部等が損傷するため、更に耐久性の高い出口側構造が求められていた。
【０００５】
例えば、耐久性を高めた出口側構造として、出口側に水冷構造を備えたもの（特許文献１参照）、或いは、煉瓦受け金物と外周材により冷却空間を形成した空冷式の出口側構造（特許文献２参照）等、冷却構造を別途付加することにより、耐熱性を高めた出口側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】特開平９−２８７７１８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７８７０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３５１２７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に記載の水冷式の出口側構造の場合は、水路を含めた構造が複雑とならざるを得ず製造コストが嵩み、また、高温雰囲気中で水漏れした場合に水蒸気爆発等の可能性がある。一方、特許文献２に記載の空冷式の出口側構造については、漏水の危険はないものの、煉瓦受け金物自体に特殊な形状が求められるため、やはり、製造コストが嵩むという問題があった。また、上記いずれの出口側構造についても煉瓦受け金物間の隙間部分のライニングは耐久性に乏しく、早期剥離を免れ得ないものであった。
【０００８】
更に、高熱に晒されながらシェルを回転させ続ける還元焙焼用ロータリーキルンにおいては、熱負荷及び鋳鋼からなる煉瓦受け金物の重量によって、シェルの出口側端部が外側に向けて反り返る方向に変形して、開口部が拡張してしまうことにより、更に上記の隙間部分が拡張してしまうという問題もあった。上記の出口側構造における煉瓦受け金物のように、一定の間隔ごとに分離して配置される従来の煉瓦受け金物は、いずれもこのような開口部の半径方向の負荷に対する脆弱性を補強しうるものではなかった。
【０００９】
これらの問題を解決するためには、例えば、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合して隙間をなくすことが考えられる。しかし、高熱に晒される還元焙焼用ロータリーキルンの出口部には耐熱性の高い鋳鋼を用いざるを得ないのが従来の常識であり、一般に鋳鋼は、溶接性に劣り設置後の加工性に乏しいため、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合することは極めて困難であった。
【００１０】
尚、特許文献３には、煉瓦受け金物をキャスタブルによって被覆することにより、煉瓦受け金物を熱負荷による損耗から保護する構造が開示されている。しかし特許文献３に開示されている構造によって、煉瓦受け金物をキャスタブルによって被覆したとしても、キャスタブルの早期剥離を防ぐことはできず、煉瓦受け金物を熱負荷から保護することはできない。
【００１１】
以上のような状況の下、ロータリーキルンの出口側構造の耐久性を向上する手段については、未だ有効な解決手段が見出されていないのが現状であった。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決して、簡単な構造で耐久性に優れたロータリーキルンの出口側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】
【００１３】
本発明者らは、煉瓦受け金物の材料として普通構造用鋼を用いることにより、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして、アンカー等の支持体を、特定の位置、角度及び密度で煉瓦受け金物に設置することにより、不定形耐火物からなる耐火被覆層の耐剥離性を高めることができること、そして、そのようにして耐剥離性を高めた耐火被覆層によって煉瓦受け金物を被覆することにより、比較的耐熱性が低い普通構造用鋼であっても、ロータリーキルンの煉瓦受け金物として好適に用いることができることを見出した。
【００１４】
そして、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物を、やはり、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして溶接接合し、煉瓦受け金物間の隙間を無くしたリング状の煉瓦受けリングとすることにより、開口部の半径方向の負荷に対する脆弱性を補強しつつ、キルン本体への熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入を遮断することができることを見出した。
【００１５】
本発明者らは、以上の知見に基づいて、付加的な冷却構造を伴わない簡単な構造でありながら、耐久性に優れたロータリーキルンの出口側構造である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。
【００１６】
（１） ロータリーキルンの出口側構造であって、中空円筒形状の金属シェルと、前記金属シェルの内面に貼設される耐火物と、前記金属シェルの出口側の開口部に沿って設置され、前記耐火物を前記金属シェルの出口側末端において支持する煉瓦受けリングと、前記金属シェルの出口側の開口部近傍に形成される耐火被覆層と、を備え、前記煉瓦受けリングは普通構造用鋼からなり、該普通構造用鋼が溶接接合されることによって一体化されたリング状に形成されていて、前記耐火被覆層は、不定形耐火物と、該不定形耐火物を支持する金属性支持体と、からなり、前記金属性支持体は、前記煉瓦受けリング上に溶接により設置されているロータリーキルンの出口側構造。
【００１７】
（２） 前記耐火物が耐火煉瓦である（１）に記載のロータリーキルンの出口側構造。
【００１８】
（３） （１）又は（２）に記載のロータリーキルンの出口側構造を形成する製造方法であって、複数の煉瓦受け金物を前記金属シェルの出口側に沿って並設する煉瓦受け金物設置工程と、並設された前記複数の煉瓦受け金物を互いに溶接接合することにより、前記煉瓦受けリングとする煉瓦受けリング形成工程と、を備えるロータリーキルンの出口側構造の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、煉瓦受け金物の材料として軽量で加工性に優れた普通構造用鋼を採用し、耐火被覆層を構成する不定形耐火物を支持する金属性支持体を、当該普通構造用鋼からなる煉瓦受け金物に溶接接合することにより耐火被覆層の耐剥離性を高めた。そして、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物を溶接接合し、リング状の一体化された煉瓦受けリングとすることにより、開口部の半径方向の熱負荷を伴う荷重負荷に対する脆弱性を補強しつつ、金属シェルへの熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入を遮断した。
【００２０】
ロータリーキルンの出口側構造を上記構成とすることにより、出口側構造の耐久性を顕著に向上させ、これにより、還元焙焼用ロータリーキルンを用いた有価金属の揮発還元の操業等において、安全性、及び長期にわたる操業の安定性の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の出口側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出口側構造の断面模式図である。
【図３】図２のキルン本体のＡ−Ａ線における断面模式図である。
【図４】本発明の出口側構造の他の実施形態の断面模式図である。
【図５】本発明の出口側構造の製造方法における溶接工程のプロセスを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、有価金属の揮発還元を目的とした還元焙焼用の大型のロータリーキルンの出口側構造へ適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の出口側構造は、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出口側部分への適用が可能なものである。
【００２３】
＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明の出口側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、中空円筒形状の窯であるキルン本体１０、固定フード２０、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３０、キルン本体１０に図中のＲ方向への回転力を伝える駆動ギヤ４０、及び、キルン本体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、キルン本体１０は、使用時に、被焙焼物の投入口である入口１５から被焙焼物の排出口である出口１６に向けて被焙焼物の移動する方向に向けて、水平面に対し通常１〜４％の傾斜をもつように設置される。
【００２４】
キルン本体１０は、金属シェル１１と金属シェル１１の内面に貼設される複数の耐火物１２を備え、複数の耐火物１２のうち出口１６側端部に位置する耐火物１２１は、当初の設置位置よりキルン本体１０の出口外側方向へ擦動しないように、金属シェル１１に固定された煉瓦受けリング１３によって支持されている。そして、耐火被覆層１４が、煉瓦受けリング１３及び金属シェル１１の開口部近傍の内周面及び外周面を被覆して形成されている。
【００２５】
金属シェル１１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であり、金属シェル１１の内面には耐火物１２が貼設されている。尚、金属シェル１１の内面は必ずしも平滑ではないため、その場合は、耐火物１２はモルタル等からなる煉瓦下張り層を介して金属シェル１１の内面に貼設してもよい。耐火物１２としては従来公知の耐火煉瓦を好適に用いることができる。本実施例においては、以下、耐火物１２として、複数の耐火煉瓦を金属シェル１１の内面に沿って貼設したロータリーキルン１について説明する。ただし、耐火物１２は必ずしもこれに限られず、耐熱性を有するその他の耐火物によって代替することもできる。例えば、耐火物１２として、キャスタブル、モルタル等の不定形耐火物からなる耐火物を金属シェル１１の内面に沿って貼設したものであってもよい。煉瓦受けリング１３は普通構造用鋼からなる煉瓦受け金物１３ａ（図３参照）が溶接により一体化されリング状に形成されているものであり、キルン本体１０の出口１６側の端部近傍で金属シェル１１に接合されている。耐火被覆層１４は不定形耐火物によって構成される。尚、本発明の出口側構造の特徴的な構成要素である煉瓦受けリング１３、及び耐火被覆層１４の構成の詳細については、後に改めて詳細を説明する。
【００２６】
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３０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ４０によりキルン本体１０をＲ方向に回転させながら、入口１５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１６の方向に向かって移動してゆき、出口１６からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。又、出口１６付近はバーナー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、出口１６の周縁部即ちキルン本体１０の出口側の端部には特に強い熱負荷及び腐食性ガスに晒されることとなる。このように苛酷な環境に晒される出口側の端部の耐久性を、製造容易な簡便な構造によって飛躍的に高めた点に本発明の特徴がある。
【００２７】
＜ロータリーキルンの出口側構造＞
次に、図２、図３を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の出口側構造１００の詳細について説明する。図２は、キルン本体１０の出口１６側近傍の構造、即ち、出口側構造１００の構成を示す断面模式図、図３は、図２のＡ−Ａ線における断面模式図である。
【００２８】
［煉瓦受けリング］
図２及び図３に示す通り、耐火物１２を支持する煉瓦受け金物１３ａの材料として普通構造用鋼を採用し、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物１３ａを溶接接合することによって、隙間のないリング状に形成して、煉瓦受けリング１３とした。
【００２９】
図３に示す通り、ロータリーキルン１の出口側構造１００においては、煉瓦受けリング１３は、普通構造用鋼からなる複数のＬ字型の煉瓦受け金物１３ａを溶接部１３ｃを介して溶接接合し、隙間のないリング状に形成したものである。煉瓦受けリング１３は、金属シェル１１の出口１６側の開口部付近の外周面に、複数の個別の煉瓦受け金物１３ａをボルト１３１によって接合した後に、溶接加工により煉瓦受け金物１３ａ間の隙間を埋めることによって形成することができる。普通構造用鋼は溶接が容易で加工性に優れるため、溶接加工によって、煉瓦受けリング１３を容易に形成することができる。形成後の煉瓦受けリング１３は、出口１６の外側方向から見た場合にリング状の形状をなしており、図２及び図４に示す通り、金属シェル１１に、複数個所においてボルト１３１によって強固に接合されている。
【００３０】
煉瓦受けリング１３の金属シェル１１への設置位置は、出口１６側の末端或いはその近傍で、耐火物１２の出口外側方向への擦動を効果的に防ぐことができる位置であればよい。本実施形態においては、図２に示すように、金属シェル１１の外周面端部に取り付け部を設けて煉瓦受けリング１３を設置することにより、金属シェル１１の内周面における耐火物１２の出口外側方向への擦動を防いでいるが、例えば図４に示す通り、煉瓦受けリング１３の取り付け部を金属シェル１１の内周面に設けてもよい。但し、この場合は、同時に金属シェル１１の鏡面対象になる金属シェル１１の外周面にも、普通構造用鋼からなる煉瓦受けリング１３が設置されていることが好ましい。当該煉瓦受けリング１３に金属性支持体１４０を溶接接合して耐火被覆層１４を形成することにより、金属シェル１１の外周面の出口１６側の開口部付近の耐火被覆層１４の耐剥離性を充分に高めることができる。
【００３１】
煉瓦受けリング１３が、図３に示す通り、溶接によって隙間のないリング状に形成されており、且つ、金属シェル１１にボルト１３１によって強固に接合されていることにより、隙間部が開くことに起因する酸化や腐食を防ぐことができ、更に出口１６の開口部の金属シェルの半径方向の荷重負荷対応力も著しく改善され、出口側構造の耐久性が飛躍的に向上する。具体的には、隙間部からの腐食ガスの侵入によって、ボルト１３１や或いは金属シェル１１が腐食し、煉瓦受け金物１３ａが落下することを防ぐことができる。
【００３２】
煉瓦受けリング１３の材料には、鉄と炭素の合金である炭素鋼である普通構造用鋼を用いる。煉瓦受けリング１３の材料として、炭素含有量が、０．０２％以上２．１４％未満の一般的な普通構造用鋼を好ましく用いることができる。
【００３３】
前述した通り、従来は、鋳鋼に対して相対的に耐熱性に劣る普通構造用鋼を、煉瓦受け金物として採用することは、耐熱性におけるデメリットが大きく事実上不可能であった。しかし、出口側構造１００においては、普通構造用鋼の特性である加工性の高さを生かすことによって、十分な耐剥離性を備える耐火被覆層１４を構成することができる点に着目し、加工性に優れる普通構造用鋼と、耐火被覆層１４とのコンビネーションによって、耐久性の高い出口側構造１００を実現した。この点が本発明の優れた特徴となっている。尚、普通構造用鋼は、その加工性の高さを生かして煉瓦受けリング１３をより薄く成型して軽量化することができるため、その点においても、金属シェル１１への負荷を低減することができる。
【００３４】
［耐火被覆層］
図２に示す通り、耐火被覆層１４は、不定形耐火物により、煉瓦受けリング１３及び金属シェルの開口部近傍の内周面及び外周面を被覆して形成されている。耐火被覆層１４を形成する不定形耐火物は、排出される焼成物等の化学的或いは熱的条件に適合したものであれば、特に限定されず従来公知のキャスタブル耐火物を用いることができるが、一例として、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするキャスタブル耐火物を好ましく用いることができる。
【００３５】
図２に示す通り、耐火被覆層１４は、その内部にアングル１４１及びアンカー１４２からなる金属性支持体１４０を支持体として配置することによって不定型耐火物の脱落を防止するように構成されている。アングル１４１としては、従来公知のＬ字型のアングル、アンカー１４２としては従来公知のＶ字型或いはＹ字型のキャスターアンカーを好ましく用いることができる。
【００３６】
アングル１４１は、煉瓦受けリング１３上に、一定間隔ごとに、例えば、図２に示すようにキルン半径方向に対して外周向けの角度をつけてフィン状に設置される。外周向けの角度の一例としては、６０から７０度の角度をつけることが好ましい。アングルの設置間隔は、例えば直径が３．５ｍ程度のキルンの場合においては、３０〜５０ｃｍであることが好ましい。設置方法としては、煉瓦受けリング１３が普通構造用鋼からなるため、従来公知の溶接方法により、適宜、好ましい角度や密度で容易に設置することができる。
【００３７】
アンカー１４２は、アングル１４１上及び煉瓦受けリング１３上のアングル１４１の間隙に直接設置されることが好ましい。設置方法としては、アングル１４１と同じく、煉瓦受けリング１３が普通構造用鋼からなるため、従来公知の溶接方法により、適宜、好ましい角度や密度で自在に設置することができる。
【００３８】
アングル１４１及びアンカー１４２からなる金属性支持体１４０を上記のように自在に設置できることにより、耐剥離性に優れた耐火被覆層１４を形成することができる。煉瓦受けリング１３の材料として、相対的に耐熱性の低い普通構造用鋼を敢えて採用することにより、煉瓦受けリング１３上に、設置角度、設置密度について、加工適性についての制約を受けずに自在にアングル１４１及びアンカー１４２等の金属性支持体１４０を設置できるようにしたことが本発明の特徴であり、そのような特徴を生かして、金属性支持体１４０を適切に設置することにより、耐火被覆層１４の耐剥離性を向上させたものであれば、アングル１４１及びアンカー１４２についていかなる設置態様のものであっても、その他の構成要件を備えるものである限り本発明の範囲内である。
＜ロータリーキルンの出口側構造の製造方法＞
【００３９】
次に、図５を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の出口側構造１００の製造方法について説明する。
【００４０】
［金物設置工程］
本製造方法においては、まず、図５（ａ）に示す通り、煉瓦受けリング１３を構成することとなる複数のＬ字型の煉瓦受け金物１３ａを、出口１６側の末端に配置される耐火物１２１を支持可能な位置において、金属シェル１１にボルト１３１で接合する。このとき、隙間部分１３ｂの幅、即ち煉瓦受け金物間の間隔ｗ０については、次のリング形成工程において溶接が容易にできる範囲であればよいが、３〜５ｍｍ程度以下であることが好ましい。
【００４１】
［リング形成工程］
次に、溶接加工により、煉瓦受け金物１３ａ間の隙間部分１３ｂを埋めて、溶接部１３ｃとし、全ての煉瓦受け金物１３ａをリング状に形成する。この工程を経ることにより、図５（ｂ）に示す通り、出口側構造１００において、隙間のないリング状の煉瓦受けリング１３が形成される。
【００４２】
尚、例えば、特に小規模な回転式加熱炉等においては、予め、リングを一体化加工することによって設置前に一体化済みの煉瓦受けリング１３とし、それを金属シェル１１に設置する製造方法を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ロータリーキルン
１０ キルン本体
１００ 出口側構造
１１ 金属シェル
１２ 耐火物
１３ 煉瓦受けリング
１４ 耐火被覆層
１４０ 金属性支持体
１４１ アングル
１４２ アンカー
１５ 入口
１６ 出口
２０ キルン支持部
３０ バーナー
４０ 駆動ギヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータリーキルンの出口側構造に関する。
【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、鉄・亜鉛を主体とする有価金属が主に酸化物として存在している。このダストの鉄と亜鉛を分離させる方法として、例えばロータリーキルンを用いた還元焙焼法がある。
【０００３】
還元焙焼用ロータリーキルンにおいては、中空円筒形状の金属性の外殻（シェル）の内部空間を、高温の焙焼物或いは高温のガス等が通過するため、耐久性を高めるための耐熱構造が必須である。一般に、還元焙焼用ロータリーキルンの金属シェルの内面には隙間なく耐火煉瓦等の耐火物が貼設されているが、キルン本体長手方向の耐火レンガ等の膨張を受ける手段が必要である。通常高温度に晒される出口側端部には耐火煉瓦等を支持する煉瓦受け金物を配置し、耐火煉瓦等が熱膨張によってキルン本体の外側方向へ擦動することを防いでいる。
【０００４】
１０００℃から１２００℃に達する高温の焙焼生成物であるクリンカー等の排出部であるキルン本体の出口側端部には高い熱負荷がかかるため、その部分に設置される煉瓦受け金物の材料としては、通常、耐熱性に優れた耐熱鋳鋼が選択される。例えばＬ字型等の均一形状に鋳造された複数の煉瓦受け金物が出口側端部の周縁部に沿って一定間隔で設置される。そして、隣接する煉瓦受け金物間の隙間と、煉瓦受け金物上には、不定形耐火物等によるライニングが施される。しかし、高温の排出物との定常的な接触によって、ライニングが剥離されると、隣接する煉瓦受け金物間の隙間が空くことにより、キルン本体への熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入により、金属シェルや金属シェルに接合された煉瓦受け金物の取り付け部等が損傷するため、更に耐久性の高い出口側構造が求められていた。
【０００５】
例えば、耐久性を高めた出口側構造として、出口側に水冷構造を備えたもの（特許文献１参照）、或いは、煉瓦受け金物と外周材により冷却空間を形成した空冷式の出口側構造（特許文献２参照）等、冷却構造を別途付加することにより、耐熱性を高めた出口側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】特開平９−２８７７１８号公報
【特許文献２】特開２００１−２２７８７０号公報
【特許文献３】特開２００１−２３５１２７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に記載の水冷式の出口側構造の場合は、水路を含めた構造が複雑とならざるを得ず製造コストが嵩み、また、高温雰囲気中で水漏れした場合に水蒸気爆発等の可能性がある。一方、特許文献２に記載の空冷式の出口側構造については、漏水の危険はないものの、煉瓦受け金物自体に特殊な形状が求められるため、やはり、製造コストが嵩むという問題があった。また、上記いずれの出口側構造についても煉瓦受け金物間の隙間部分のライニングは耐久性に乏しく、早期剥離を免れ得ないものであった。
【０００８】
更に、高熱に晒されながらシェルを回転させ続ける還元焙焼用ロータリーキルンにおいては、熱負荷及び鋳鋼からなる煉瓦受け金物の重量によって、シェルの出口側端部が外側に向けて反り返る方向に変形して、開口部が拡張してしまうことにより、更に上記の隙間部分が拡張してしまうという問題もあった。上記の出口側構造における煉瓦受け金物のように、一定の間隔ごとに分離して配置される従来の煉瓦受け金物は、いずれもこのような開口部の半径方向の負荷に対する脆弱性を補強しうるものではなかった。
【０００９】
これらの問題を解決するためには、例えば、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合して隙間をなくすことが考えられる。しかし、高熱に晒される還元焙焼用ロータリーキルンの出口部には耐熱性の高い鋳鋼を用いざるを得ないのが従来の常識であり、一般に鋳鋼は、溶接性に劣り設置後の加工性に乏しいため、隣り合う煉瓦受け金物間を溶接接合することは極めて困難であった。
【００１０】
尚、特許文献３には、煉瓦受け金物をキャスタブルによって被覆することにより、煉瓦受け金物を熱負荷による損耗から保護する構造が開示されている。しかし特許文献３に開示されている構造によって、煉瓦受け金物をキャスタブルによって被覆したとしても、キャスタブルの早期剥離を防ぐことはできず、煉瓦受け金物を熱負荷から保護することはできない。
【００１１】
以上のような状況の下、ロータリーキルンの出口側構造の耐久性を向上する手段については、未だ有効な解決手段が見出されていないのが現状であった。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決して、簡単な構造で耐久性に優れたロータリーキルンの出口側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】
【００１３】
本発明者らは、煉瓦受け金物の材料として普通構造用鋼を用いることにより、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして、アンカー等の支持体を、特定の位置、角度及び密度で煉瓦受け金物に設置することにより、不定形耐火物からなる耐火被覆層の耐剥離性を高めることができること、そして、そのようにして耐剥離性を高めた耐火被覆層によって煉瓦受け金物を被覆することにより、比較的耐熱性が低い普通構造用鋼であっても、ロータリーキルンの煉瓦受け金物として好適に用いることができることを見出した。
【００１４】
そして、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物を、やはり、普通構造用鋼の加工性の高さを生かして溶接接合し、煉瓦受け金物間の隙間を無くしたリング状の煉瓦受けリングとすることにより、開口部の半径方向の負荷に対する脆弱性を補強しつつ、キルン本体への熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入を遮断することができることを見出した。
【００１５】
本発明者らは、以上の知見に基づいて、付加的な冷却構造を伴わない簡単な構造でありながら、耐久性に優れたロータリーキルンの出口側構造である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。
【００１６】
（１） ロータリーキルンの出口側構造であって、中空円筒形状の金属シェルと、前記金属シェルの内面に貼設される耐火物と、前記金属シェルの出口側の開口部に沿って設置され、前記耐火物を前記金属シェルの出口側末端において支持する煉瓦受けリングと、前記金属シェルの出口側の開口部近傍に形成される耐火被覆層と、を備え、前記煉瓦受けリングは普通構造用鋼からなり、該普通構造用鋼が溶接接合されることによって一体化されたリング状に形成されていて、前記耐火被覆層は、不定形耐火物と、該不定形耐火物を支持する金属性支持体と、からなり、前記金属性支持体は、前記煉瓦受けリング上に溶接により設置されているロータリーキルンの出口側構造。
【００１７】
（２） 前記耐火物が耐火煉瓦である（１）に記載のロータリーキルンの出口側構造。
【００１８】
（３） （１）又は（２）に記載のロータリーキルンの出口側構造を形成する製造方法であって、複数の煉瓦受け金物を前記金属シェルの出口側に沿って並設する煉瓦受け金物設置工程と、並設された前記複数の煉瓦受け金物を互いに溶接接合することにより、前記煉瓦受けリングとする煉瓦受けリング形成工程と、を備えるロータリーキルンの出口側構造の製造方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、煉瓦受け金物の材料として軽量で加工性に優れた普通構造用鋼を採用し、耐火被覆層を構成する不定形耐火物を支持する金属性支持体を、当該普通構造用鋼からなる煉瓦受け金物に溶接接合することにより耐火被覆層の耐剥離性を高めた。そして、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物を溶接接合し、リング状の一体化された煉瓦受けリングとすることにより、開口部の半径方向の熱負荷を伴う荷重負荷に対する脆弱性を補強しつつ、金属シェルへの熱負荷の増加や腐食性ガスの侵入を遮断した。
【００２０】
ロータリーキルンの出口側構造を上記構成とすることにより、出口側構造の耐久性を顕著に向上させ、これにより、還元焙焼用ロータリーキルンを用いた有価金属の揮発還元の操業等において、安全性、及び長期にわたる操業の安定性の向上を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の出口側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出口側構造の断面模式図である。
【図３】図２のキルン本体のＡ−Ａ線における断面模式図である。
【図４】本発明の出口側構造の他の実施形態の断面模式図である。
【図５】本発明の出口側構造の製造方法における溶接工程のプロセスを模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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、有価金属の揮発還元を目的とした還元焙焼用の大型のロータリーキルンの出口側構造へ適用した場合の実施形態について説明するが、本発明の出口側構造は、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出口側部分への適用が可能なものである。
【００２３】
＜ロータリーキルン＞
まず、図１を参照しながら、本発明の出口側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、中空円筒形状の窯であるキルン本体１０、固定フード２０、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３０、キルン本体１０に図中のＲ方向への回転力を伝える駆動ギヤ４０、及び、キルン本体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、キルン本体１０は、使用時に、被焙焼物の投入口である入口１５から被焙焼物の排出口である出口１６に向けて被焙焼物の移動する方向に向けて、水平面に対し通常１〜４％の傾斜をもつように設置される。
【００２４】
キルン本体１０は、金属シェル１１と金属シェル１１の内面に貼設される複数の耐火物１２を備え、複数の耐火物１２のうち出口１６側端部に位置する耐火物１２１は、当初の設置位置よりキルン本体１０の出口外側方向へ擦動しないように、金属シェル１１に固定された煉瓦受けリング１３によって支持されている。そして、耐火被覆層１４が、煉瓦受けリング１３及び金属シェル１１の開口部近傍の内周面及び外周面を被覆して形成されている。
【００２５】
金属シェル１１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であり、金属シェル１１の内面には耐火物１２が貼設されている。尚、金属シェル１１の内面は必ずしも平滑ではないため、その場合は、耐火物１２はモルタル等からなる煉瓦下張り層を介して金属シェル１１の内面に貼設してもよい。耐火物１２としては従来公知の耐火煉瓦を好適に用いることができる。本実施例においては、以下、耐火物１２として、複数の耐火煉瓦を金属シェル１１の内面に沿って貼設したロータリーキルン１について説明する。ただし、耐火物１２は必ずしもこれに限られず、耐熱性を有するその他の耐火物によって代替することもできる。例えば、耐火物１２として、キャスタブル、モルタル等の不定形耐火物からなる耐火物を金属シェル１１の内面に沿って貼設したものであってもよい。煉瓦受けリング１３は普通構造用鋼からなる煉瓦受け金物１３ａ（図３参照）が溶接により一体化されリング状に形成されているものであり、キルン本体１０の出口１６側の端部近傍で金属シェル１１に接合されている。耐火被覆層１４は不定形耐火物によって構成される。尚、本発明の出口側構造の特徴的な構成要素である煉瓦受けリング１３、及び耐火被覆層１４の構成の詳細については、後に改めて詳細を説明する。
【００２６】
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３０によりキルン本体１０の内部を高温に加熱し、駆動ギヤ４０によりキルン本体１０をＲ方向に回転させながら、入口１５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１６の方向に向かって移動してゆき、出口１６からは、高温の焼成物がｂ方向に排出される。又、出口１６付近はバーナー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、出口１６の周縁部即ちキルン本体１０の出口側の端部には特に強い熱負荷及び腐食性ガスに晒されることとなる。このように苛酷な環境に晒される出口側の端部の耐久性を、製造容易な簡便な構造によって飛躍的に高めた点に本発明の特徴がある。
【００２７】
＜ロータリーキルンの出口側構造＞
次に、図２、図３を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の出口側構造１００の詳細について説明する。図２は、キルン本体１０の出口１６側近傍の構造、即ち、出口側構造１００の構成を示す断面模式図、図３は、図２のＡ−Ａ線における断面模式図である。
【００２８】
［煉瓦受けリング］
図２及び図３に示す通り、耐火物１２を支持する煉瓦受け金物１３ａの材料として普通構造用鋼を採用し、普通構造用鋼からなる複数の煉瓦受け金物１３ａを溶接接合することによって、隙間のないリング状に形成して、煉瓦受けリング１３とした。
【００２９】
図３に示す通り、ロータリーキルン１の出口側構造１００においては、煉瓦受けリング１３は、普通構造用鋼からなる複数のＬ字型の煉瓦受け金物１３ａを溶接部１３ｃを介して溶接接合し、隙間のないリング状に形成したものである。煉瓦受けリング１３は、金属シェル１１の出口１６側の開口部付近の外周面に、複数の個別の煉瓦受け金物１３ａをボルト１３１によって接合した後に、溶接加工により煉瓦受け金物１３ａ間の隙間を埋めることによって形成することができる。普通構造用鋼は溶接が容易で加工性に優れるため、溶接加工によって、煉瓦受けリング１３を容易に形成することができる。形成後の煉瓦受けリング１３は、出口１６の外側方向から見た場合にリング状の形状をなしており、図２及び図４に示す通り、金属シェル１１に、複数個所においてボルト１３１によって強固に接合されている。
【００３０】
煉瓦受けリング１３の金属シェル１１への設置位置は、出口１６側の末端或いはその近傍で、耐火物１２の出口外側方向への擦動を効果的に防ぐことができる位置であればよい。本実施形態においては、図２に示すように、金属シェル１１の外周面端部に取り付け部を設けて煉瓦受けリング１３を設置することにより、金属シェル１１の内周面における耐火物１２の出口外側方向への擦動を防いでいるが、例えば図４に示す通り、煉瓦受けリング１３の取り付け部を金属シェル１１の内周面に設けてもよい。但し、この場合は、同時に金属シェル１１の鏡面対象になる金属シェル１１の外周面にも、普通構造用鋼からなる煉瓦受けリング１３が設置されていることが好ましい。当該煉瓦受けリング１３に金属性支持体１４０を溶接接合して耐火被覆層１４を形成することにより、金属シェル１１の外周面の出口１６側の開口部付近の耐火被覆層１４の耐剥離性を充分に高めることができる。
【００３１】
煉瓦受けリング１３が、図３に示す通り、溶接によって隙間のないリング状に形成されており、且つ、金属シェル１１にボルト１３１によって強固に接合されていることにより、隙間部が開くことに起因する酸化や腐食を防ぐことができ、更に出口１６の開口部の金属シェルの半径方向の荷重負荷対応力も著しく改善され、出口側構造の耐久性が飛躍的に向上する。具体的には、隙間部からの腐食ガスの侵入によって、ボルト１３１や或いは金属シェル１１が腐食し、煉瓦受け金物１３ａが落下することを防ぐことができる。
【００３２】
煉瓦受けリング１３の材料には、鉄と炭素の合金である炭素鋼である普通構造用鋼を用いる。煉瓦受けリング１３の材料として、炭素含有量が、０．０２％以上２．１４％未満の一般的な普通構造用鋼を好ましく用いることができる。
【００３３】
前述した通り、従来は、鋳鋼に対して相対的に耐熱性に劣る普通構造用鋼を、煉瓦受け金物として採用することは、耐熱性におけるデメリットが大きく事実上不可能であった。しかし、出口側構造１００においては、普通構造用鋼の特性である加工性の高さを生かすことによって、十分な耐剥離性を備える耐火被覆層１４を構成することができる点に着目し、加工性に優れる普通構造用鋼と、耐火被覆層１４とのコンビネーションによって、耐久性の高い出口側構造１００を実現した。この点が本発明の優れた特徴となっている。尚、普通構造用鋼は、その加工性の高さを生かして煉瓦受けリング１３をより薄く成型して軽量化することができるため、その点においても、金属シェル１１への負荷を低減することができる。
【００３４】
［耐火被覆層］
図２に示す通り、耐火被覆層１４は、不定形耐火物により、煉瓦受けリング１３及び金属シェルの開口部近傍の内周面及び外周面を被覆して形成されている。耐火被覆層１４を形成する不定形耐火物は、排出される焼成物等の化学的或いは熱的条件に適合したものであれば、特に限定されず従来公知のキャスタブル耐火物を用いることができるが、一例として、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするキャスタブル耐火物を好ましく用いることができる。
【００３５】
図２に示す通り、耐火被覆層１４は、その内部にアングル１４１及びアンカー１４２からなる金属性支持体１４０を支持体として配置することによって不定型耐火物の脱落を防止するように構成されている。アングル１４１としては、従来公知のＬ字型のアングル、アンカー１４２としては従来公知のＶ字型或いはＹ字型のキャスターアンカーを好ましく用いることができる。
【００３６】
アングル１４１は、煉瓦受けリング１３上に、一定間隔ごとに、例えば、図２に示すようにキルン半径方向に対して外周向けの角度をつけてフィン状に設置される。外周向けの角度の一例としては、６０から７０度の角度をつけることが好ましい。アングルの設置間隔は、例えば直径が３．５ｍ程度のキルンの場合においては、３０〜５０ｃｍであることが好ましい。設置方法としては、煉瓦受けリング１３が普通構造用鋼からなるため、従来公知の溶接方法により、適宜、好ましい角度や密度で容易に設置することができる。
【００３７】
アンカー１４２は、アングル１４１上及び煉瓦受けリング１３上のアングル１４１の間隙に直接設置されることが好ましい。設置方法としては、アングル１４１と同じく、煉瓦受けリング１３が普通構造用鋼からなるため、従来公知の溶接方法により、適宜、好ましい角度や密度で自在に設置することができる。
【００３８】
アングル１４１及びアンカー１４２からなる金属性支持体１４０を上記のように自在に設置できることにより、耐剥離性に優れた耐火被覆層１４を形成することができる。煉瓦受けリング１３の材料として、相対的に耐熱性の低い普通構造用鋼を敢えて採用することにより、煉瓦受けリング１３上に、設置角度、設置密度について、加工適性についての制約を受けずに自在にアングル１４１及びアンカー１４２等の金属性支持体１４０を設置できるようにしたことが本発明の特徴であり、そのような特徴を生かして、金属性支持体１４０を適切に設置することにより、耐火被覆層１４の耐剥離性を向上させたものであれば、アングル１４１及びアンカー１４２についていかなる設置態様のものであっても、その他の構成要件を備えるものである限り本発明の範囲内である。
＜ロータリーキルンの出口側構造の製造方法＞
【００３９】
次に、図５を参照しながら、本発明のロータリーキルン１の出口側構造１００の製造方法について説明する。
【００４０】
［金物設置工程］
本製造方法においては、まず、図５（ａ）に示す通り、煉瓦受けリング１３を構成することとなる複数のＬ字型の煉瓦受け金物１３ａを、出口１６側の末端に配置される耐火物１２１を支持可能な位置において、金属シェル１１にボルト１３１で接合する。このとき、隙間部分１３ｂの幅、即ち煉瓦受け金物間の間隔ｗ０については、次のリング形成工程において溶接が容易にできる範囲であればよいが、３〜５ｍｍ程度以下であることが好ましい。
【００４１】
［リング形成工程］
次に、溶接加工により、煉瓦受け金物１３ａ間の隙間部分１３ｂを埋めて、溶接部１３ｃとし、全ての煉瓦受け金物１３ａをリング状に形成する。この工程を経ることにより、図５（ｂ）に示す通り、出口側構造１００において、隙間のないリング状の煉瓦受けリング１３が形成される。
【００４２】
尚、例えば、特に小規模な回転式加熱炉等においては、予め、リングを一体化加工することによって設置前に一体化済みの煉瓦受けリング１３とし、それを金属シェル１１に設置する製造方法を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１ ロータリーキルン
１０ キルン本体
１００ 出口側構造
１１ 金属シェル
１２ 耐火物
１３ 煉瓦受けリング
１４ 耐火被覆層
１４０ 金属性支持体
１４１ アングル
１４２ アンカー
１５ 入口
１６ 出口
２０ キルン支持部
３０ バーナー
４０ 駆動ギヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータリーキルンの出口側構造であって、
中空円筒形状の金属シェルと、
前記金属シェルの内面に貼設される耐火物と、
前記金属シェルの出口側の開口部に沿って設置され、前記耐火物を前記金属シェルの出口側末端において支持する煉瓦受けリングと、
前記金属シェルの出口側の開口部近傍に形成される耐火被覆層と、を備え、
前記煉瓦受けリングは普通構造用鋼からなり、該普通構造用鋼が溶接接合されることによって一体化されたリング状に形成されていて、
前記耐火被覆層は、不定形耐火物と、該不定形耐火物を支持する金属性支持体と、からなり、
前記金属性支持体は、前記煉瓦受けリング上に溶接により設置されているロータリーキルンの出口側構造。
【請求項２】
前記耐火物が耐火煉瓦である請求項１に記載のロータリーキルンの出口側構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロータリーキルンの出口側構造を形成する製造方法であって、
複数の煉瓦受け金物を前記金属シェルの出口側に沿って並設する煉瓦受け金物設置工程と、
並設された前記複数の煉瓦受け金物を互いに溶接接合することにより、前記煉瓦受けリングとする煉瓦受けリング形成工程と、を備えるロータリーキルンの出口側構造の製造方法。
【請求項１】
ロータリーキルンの出口側構造であって、
中空円筒形状の金属シェルと、
前記金属シェルの内面に貼設される耐火物と、
前記金属シェルの出口側の開口部に沿って設置され、前記耐火物を前記金属シェルの出口側末端において支持する煉瓦受けリングと、
前記金属シェルの出口側の開口部近傍に形成される耐火被覆層と、を備え、
前記煉瓦受けリングは普通構造用鋼からなり、該普通構造用鋼が溶接接合されることによって一体化されたリング状に形成されていて、
前記耐火被覆層は、不定形耐火物と、該不定形耐火物を支持する金属性支持体と、からなり、
前記金属性支持体は、前記煉瓦受けリング上に溶接により設置されているロータリーキルンの出口側構造。
【請求項２】
前記耐火物が耐火煉瓦である請求項１に記載のロータリーキルンの出口側構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のロータリーキルンの出口側構造を形成する製造方法であって、
複数の煉瓦受け金物を前記金属シェルの出口側に沿って並設する煉瓦受け金物設置工程と、
並設された前記複数の煉瓦受け金物を互いに溶接接合することにより、前記煉瓦受けリングとする煉瓦受けリング形成工程と、を備えるロータリーキルンの出口側構造の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−２４５２７（Ｐ２０１３−２４５２７Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４９７（Ｐ２０１１−１６２４９７）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【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２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【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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