回転炉
【課題】熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能な回転炉を提供する。
【解決手段】回転炉１は、回転可能な中実の回転管３と、回転管３の回転中心軸５３を含むように回転管３の内部に設けられたヒータ設置用空間１５と、回転中心軸５３を含むようにヒータ設置用空間１５内に配置された抵抗加熱型のヒータと、回転中心軸５３に沿うようにヒータ設置用空間１５の周囲に設けられ、原料粒子１６が投入される粒子反応用空間１４を有し、熱処理の際には、ヒータから発生した熱がヒータ設置用空間１５の内壁から回転管３内を伝わり、粒子反応用空間１４の内壁が加熱され、粒子反応用空間１４に投入された原料粒子１６は、粒子反応用空間１４の内壁の熱により、加熱処理される。
【解決手段】回転炉１は、回転可能な中実の回転管３と、回転管３の回転中心軸５３を含むように回転管３の内部に設けられたヒータ設置用空間１５と、回転中心軸５３を含むようにヒータ設置用空間１５内に配置された抵抗加熱型のヒータと、回転中心軸５３に沿うようにヒータ設置用空間１５の周囲に設けられ、原料粒子１６が投入される粒子反応用空間１４を有し、熱処理の際には、ヒータから発生した熱がヒータ設置用空間１５の内壁から回転管３内を伝わり、粒子反応用空間１４の内壁が加熱され、粒子反応用空間１４に投入された原料粒子１６は、粒子反応用空間１４の内壁の熱により、加熱処理される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転炉は、傾斜させた回転管内にて、回転管の回転運動と、被熱処理物と回転管の間の摩擦力および重力により、被熱処理物を移動させながら熱処理を行う構造の炉である。
【０００３】
回転炉は、プッシャーにより被熱処理物を搭載した台板を炉内に移動させる炉であるプッシャー炉と比較すると、連続処理が可能で、かつ均一な熱処理が可能であるという長所がある。
【０００４】
回転炉を加熱部の位置により大別すると、加熱部が回転管の内部にある構造（内熱式と呼ぶ）と回転管の外部にある構造（外熱式と呼ぶ）に分けられる。
【０００５】
前者の回転炉の具体的な構造としては、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータ等の加熱部を配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造がある（特許文献１）。
【０００６】
後者の回転炉の具体的な構造としては、回転管の外部で加熱したガスを回転管内部に流すことにより被熱処理物を加熱するというものがある（特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【０００７】
また、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造も知られている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７２４２９号公報
【特許文献２】実開平０２−１０６５９３号公報
【特許文献３】特開平１１−１９３９８７号公報
【特許文献４】特開２００１−１１４６７号公報
【特許文献５】特開２０００−１６１８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した構造には以下のような問題があった。
【００１０】
まず、特許文献１のように、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータを配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造の場合、例えば被熱処理物がＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒなどの金属酸化物と炭素の混合物であるときがある。
【００１１】
このような混合物に還元炭化、還元窒化や還元炭窒化を行う際には、水素や窒素などの雰囲気中で、回転炉を１２００℃以上、場合によっては２０００℃の高温に加熱する必要があるため、ヒータや回転管の材質をグラファイトとすることがある。
【００１２】
この際、酸化物の還元により水（Ｈ２Ｏ）、またはＣＯ、ＣＯ２などの炭酸ガスのような、酸素（Ｏ）を含むガスが発生する。このため、高温域ではヒータや回転管を構成するグラファイトと水やＣＯ２が安定なＣＯを形成し、局所的にグラファイトの消耗が発生し、安定した加熱温度での操業や加熱処理の連続操業ができなくなるという問題があった。
【００１３】
一方、特許文献２〜４に記載された、反応域外で雰囲気ガスを加熱し熱したガスを流す構造では、ヒータ部の消耗を抑えることは可能であるものの、抵抗加熱型ヒータを用いた構造と比べて熱効率が劣ってしまうという問題があった。
【００１４】
また、熱したガスを用いるという性質上、ガスを流す配管等にも耐熱構造が必要となるため、抵抗加熱型ヒータと比べると加熱温度を高温にするのが困難であるという問題もあった。
【００１５】
さらに、特許文献５に示すような、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造においては、ヒータの消耗は抑えられるものの、熱エネルギーが回転管外壁以外にも消費される為、内熱式の構造と比較して熱効率が悪くなるという問題があった。
【００１６】
また、内熱式の構造と比較して、加熱部を保護する断熱材などの外枠が大きくなり、炉が大型化するという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能な回転炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した課題を解決するために、本発明は、回転可能な中実の回転体と、前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、を有することを特徴とする回転炉である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能で連続操業が容易な回転炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の回転炉１を示す側面基本構造図であって、固定管２および断熱材７は断面図で記載している。
【図２】図１の回転管３およびその周囲の構造の詳細を示す断面図である。
【図３】従来技術に係る回転炉１ａの回転管３ａおよびその周囲の構造の詳細を示す断面図である。
【図４】図２の回転管３および中央ヒータ４のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３の回転管３ａおよび中央ヒータ４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図２の原料投入口６付近の変形例を示す拡大図であって、（ａ）は軸方向に平行な断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図２の原料投入口６付近の変形例を示す拡大図であって、（ａ）は軸方向に平行な断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
まず、本実施形態に係る回転炉１の概略構成について、図１、図２および図４を参照して説明する。
【００２３】
図１、図２および図４に示すように、回転炉１は、回転可能に設けられ、内部に加熱用の抵抗加熱式のヒータ２９が配置されるヒータ設置用空間１５（加熱用空間）および被熱処理物としての原料粒子１６が通過する粒子反応用空間１４（熱処理空間）とを有する中実の回転管３を回転体として有している。
【００２４】
図１では回転管３は、その回転中心軸５３が水平面５５に対して傾斜して設けられており、傾斜角度αは傾斜角度調整機構２８によって所定の角度に調整されている。
【００２５】
回転炉１は、また、ヒータ設置用空間１５内に配置されたヒータ２９、回転管３の周囲に設けられ、回転管３を保持する固定管２、固定管２の周囲に設けられ、ヒータ２９から発生した熱の逃げを防止する断熱材７、回転管３を回転させるための駆動機構３７、回転管３の上端側（両端面のうち、傾斜した状態で上側に位置する端面）に設けられ、原料粒子１６を貯蔵・供給するための原料容器２１、原料粒子１６を回転管３内に投入するための原料投入口６、および、回転管３の下端側（両端面のうち、傾斜した状態で下側に位置する端面）に設けられ、熱処理された反応粒子１７を回収する製品容器２２を有している。
【００２６】
さらに、ヒータ２９の両端には電極２５が設けられ、電極２５は電源２６に接続されている。
【００２７】
また、回転炉１は、回転管３の下端側に設けられ、回転管３のヒータ設置用空間１５および粒子反応用空間１４内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給口２７、回転管３の上端側に設けられ、雰囲気ガスおよび反応ガスを排気する排気口２４、および回転管３の温度を測定する非接触式温度測定器９を有している。
【００２８】
なお、図１では加熱処理雰囲気に置換する為の排気口を省略している。
【００２９】
次に、図１〜７を参照して、回転炉１の各構成要素について、詳細に説明する。
【００３０】
回転管３は原料粒子１６を加熱することにより熱処理を行い、反応粒子１７を生成する部材であり、中央部には、回転中心軸５３を含むように回転管３を貫通して設けられたヒータ設置用空間１５を有し、ヒータ設置用空間１５内にヒータ２９が配設されている。
【００３１】
ヒータ設置用空間１５の両側の端部（開放端）には、原料粒子１６が反応した際に発生するガスと回転管３内部のヒータ２９とが接しないようにするため、グラファイト等で構成されたヒータ空間雰囲気保護リング１３が設けられている。なお、ヒータ２９の両端部は抵抗加熱のため中央部に比較し低温であり加熱処理により発生するガスと反応し局所的な消耗が起き難いため、ヒータ空間雰囲気保護リング１３はヒータ設置用空間１５の両側の端部に配設している。
【００３２】
回転管３はまた、ヒータ設置用空間１５の周囲に、回転中心軸５３に沿って回転管３を貫通して設けられた熱処理空間、即ち粒子反応用空間１４を有している。
【００３３】
詳細は後述するが、粒子反応用空間１４を原料容器２１から原料投入口６を通じて回転管３内に投入された原料粒子１６が通過すると、ヒータ２９によって加熱された回転管３の熱、また雰囲気ガス供給口２７から粒子反応用空間１４内に供給された雰囲気ガスとの作用等により、原料粒子１６が加熱反応処理される。
【００３４】
なお、図１、図２、および図４では回転管３は円筒であるため、円筒の中空部分がヒータ設置用空間１５を構成し、円筒の肉厚部分に粒子反応用空間１４が形成されている。
【００３５】
ここで、粒子反応用空間１４は、回転中心軸５３からの距離が等しくなるようにヒータ設置用空間１５の周囲に均等配置されるのが望ましい。
【００３６】
さらに、粒子反応用空間１４は、軸断面形状（軸方向に垂直な断面形状）が同一形状である方が望ましい。
【００３７】
また、図４では粒子反応用空間１４は軸断面形状が円形となっているが、必ずしも円形に限定されるものではなく、例えば多角形や星型の孔でもよい。
【００３８】
ただし、原料粒子１６と接する粒子反応用空間１４の内壁が、原料粒子１６と反応し、消耗する材料で構成されているときは、軸断面形状は、長時間処理しても形状が変化し難いものであるのが望ましい。
【００３９】
具体的には、軸断面形状としては、被熱処理物の流れ性、滞留時間が変わり難い円形が望ましい。
【００４０】
詳細は後述するが、このように、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４を回転管３内に別々に設け、原料粒子１６を主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ２９が原料粒子１６、反応粒子１７および反応により発生するガスと接しない構造とすることにより、熱処理中のヒータ２９の消耗を防止でき、連続処理が可能となると共に、原料粒子１６を均一に加熱できる。
【００４１】
回転管３を構成する材料は、１２００℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよく、被熱処理物への不純物混入なども考慮し適宜選択すればよい。
【００４２】
ヒータ２９は前述のように抵抗加熱型ヒータであり、図２に示すように、中央部分が中央ヒータ４を構成し、両端は、中央ヒータ４よりも径が大きく、電極２５と接続される端部ヒータ５を構成している。
【００４３】
ヒータ２９は回転中心軸５３を含むように配設されている。なお、図４ではヒータ２９（中央ヒータ４）の中心軸と回転管３の回転中心軸５３が一致しているが、回転中心軸５３がヒータ２９内に含まれるのであれば、ヒータ２９の中心軸と回転中心軸５３が一致しない偏心した配置としてもよい。
【００４４】
また、図２には１つの中央ヒータ４と２つの端部ヒータ５を有するヒータ２９が例示されているが、３つ以上の組み合わせを有していてもよい。
【００４５】
また、前述のように、ヒータ２９は抵抗加熱型ヒータであるため、端部ヒータ５に接続された電極２５は電源２６に通じている。
【００４６】
即ち、電源２６を用いて、ヒータ２９両端の電極２５を介してヒータ２９に電流を流すと、ヒータ２９は抵抗により加熱される。
【００４７】
この際、電源２６を用いて電流、電圧を制御することにより、ヒータ２９の温度を任意に設定可能である。
【００４８】
なお、ヒータ２９の温度、即ち反応域の温度分布は、電流、電圧を制御するだけではなく、中央ヒータ４の径によっても任意に変えることが可能である。
【００４９】
具体的には、中央ヒータ４全体を同じ径とするのではなく、高温としたい範囲を、他の部分よりも小さい径に形成すればよい。
【００５０】
また、ヒータ２９の材料としては、加工性のよいグラファイトが挙げられるが、通電による抵抗加熱で、原料粒子１６を必要な温度域まで加熱できるものであれば、必ずしもグラファイトには限定されない。
【００５１】
また、電極２５を構成する材料は通電が得られるものであればよく、例えばＣｕなどが用いられる。
【００５２】
また、図２に示すように、中央ヒータ４の、回転管３の下端側の端部は、その内部にヒータ空間ガス供給孔１２が設けられている。
【００５３】
ヒータ空間ガス供給孔１２は、ヒータ設置用空間１５に、ヒータ２９の消耗を防ぐための雰囲気ガスを供給するための孔であり、一端がヒータ設置用空間１５内に配置された（中央ヒータ４の）側面を貫通し、他の端部がヒータ設置用空間１５外に配置された（中央ヒータ４の）側面を貫通しており、中央ヒータ４に取り付けられた絶縁体リング１１を介してヒータ空間ガス供給ノズル１０（供給手段）と連通している。
【００５４】
ヒータ空間ガス供給ノズル１０はステンレスやＣｕなどで構成された配管であり、雰囲気ガス供給口２７から雰囲気ガスが供給されるようになっている。なお、図１では雰囲気ガス供給口２７は１ヶ所としているが、粒子反応用空間１４へ供給する雰囲気ガス供給口２７とヒータ設置用空間１５へ供給するヒータ空間ガス供給ノズル１０は、流量を別と出来るよう実際は複数あるようにしている。またヒータ設置用空間１５へ供給するガスは被熱処理物の雰囲気と同じでもよいし、場合によってはヒータ２９の消耗を防ぐものであればその他のガスであっても構わない。
【００５５】
絶縁体リング１１を構成する材料は、ヒータ設置用空間１５へ雰囲気ガスを供給するノズルが通電加熱されたヒータ２９と接する場合の導通を考慮し、絶縁性があり、かつ溶融し難い高融点のものを利用する。
【００５６】
このような材料としては、例えば、融点が約２７００℃である窒化ホウ素（ＢＮ）や融点が約２０５０℃であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が挙げられる。
【００５７】
なお、ヒータ設置用空間１５に供給された雰囲気ガスはヒータ空間雰囲気保護リング１３とヒータ２９との隙間から排出され、排気口２４から外部に排出される。
【００５８】
固定管２は、回転管３を支持・固定する部材である。
【００５９】
図１および図２では固定管２は円筒管状であるが、回転管３を支持・固定できればどのような形状でもよい。また固定管２は複数の部材から構成されていてもよい。
【００６０】
固定管２を構成する材料としては、回転管３を１２００℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよい。
【００６１】
断熱材７は、固定管２の周囲に配設することにより、熱の逃げを防止し、熱効率を上昇させる部材である。
【００６２】
断熱材７の具体的な材料としては、アルミナを主成分とするレンガや中空粒子などが挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００６３】
なお、図１には記していないが、熱効率をより上昇させるためには、炉体全体にも断熱材７を配するのが望ましい。
【００６４】
駆動機構３７は、回転管３を回転させる部材であり、モータ３９およびモータ３９の図示しない回転軸に連結された第１ギヤ４１とを有している。
【００６５】
また、図１では回転管３の外周には第１ギヤ４１と噛み合う第２ギヤ４３が配設されており、第１ギヤ４１と第２ギヤ４３が噛み合った状態で、モータ３９を所定の速度で回転させることにより、回転管３を所定の回転速度で回転させることができる。
【００６６】
傾斜角度調整機構２８は、回転管３の傾斜角度αを調整する油圧ジャッキ等の部材であり、傾斜角度αを調節することにより原料粒子１６の回転管３内の滞留時間を任意に変えることが可能である。
【００６７】
即ち、傾斜角度αを大きくすればするほど原料粒子１６の滞留時間は短くなり、傾斜角度αを小さくすればするほど、原料粒子１６の滞留時間は長くなる。
【００６８】
非接触式温度測定器９は回転管３の温度を測定する装置であり、例えば、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計である放射温度計を利用する。
【００６９】
非接触式温度測定器９のより具体的な例としては、１０００〜２０００℃域の測定レンジのＣＨＩＮＯ製型番ＦＬ２ＮＮＯ３などが挙げられる。
【００７０】
非接触式温度測定器９による温度測定は、回転管３の原料粒子１６の入口または出口方向から直接、回転管３内の温度を測定する方法はヒータ空間雰囲気保護リング１３に温度測定用の孔を設けなければ容易ではないため、図２に示すように、回転管３の外壁温度を回転炉１の炉体側面から温度測定口８を通じて測定することにより、回転管３内の温度を測定する方法が好ましい。
【００７１】
なお、炉体側面から温度測定を行う場合、測定箇所はひとつであっても複数であってもよい。
【００７２】
また、非接触式温度測定器９を電源２６に接続し、非接触式温度測定器９が測定した温度をフィードバックすることにより、電源２６が昇温または降温などの制御を行う構成にしてもよい。
【００７３】
原料投入口６は、原料粒子１６を粒子反応用空間１４に投入するための穴であり、図２では、原料供給手段としての原料粒子供給用治具２０（原料供給用治具）に設けられている。原料投入口６は、原料容器２１から原料粒子１６が投入されるように、原料容器２１の下方に設けられている。
【００７４】
より具体的に説明すると、原料粒子供給用治具２０は回転管３の上端面を覆うように設けられたリング状の部材であり、原料投入口６は、一端が原料粒子供給用治具２０の、粒子反応用空間１４と対向する面を貫通して粒子反応用空間１４と連通するように、他端が原料粒子供給用治具２０の側面を貫通するように設けられた貫通孔である。原料粒子１６は回転する原料粒子供給用治具２０と固定された原料投入口６の孔の位置が一致したとき、粒子反応用空間１４内に供給される。
【００７５】
ただし、原料供給手段の構造は必ずしも図２に示す構造に限定される訳ではなく、図６および図７に示すような構造も可能である。
【００７６】
例えば、図６では原料投入口６は固定管２に設けられている。
【００７７】
また、図６では、回転管３の粒子反応用空間１４から回転管３の側面（回転管３の固定管２との対向面）に向けて貫通して設けられた貫通孔５１が設けられており、原料投入口６と貫通孔５１で原料供給手段を構成している。
【００７８】
この構成では、原料投入口６は、所定の回転角度で貫通孔５１と重なる（対向する）ように形成されている。
【００７９】
そのため、回転中の回転管３において、貫通孔５１と固定管２の原料投入口６が重なった時、即ち、貫通孔５１と原料投入口６が対向した時に原料粒子１６が回転管３の粒子反応用空間１４内に投入される。
【００８０】
一方、図７に示す構造では、粒子反応用空間１４の端部（外部への露出部）に設けられたＣ字状の原料粒子供給用治具２０ａが原料供給手段を構成している。
【００８１】
より具体的には、原料粒子供給用治具２０ａは、回転管３の上端側における粒子反応用空間１４の端部の周囲に設けられている。
【００８２】
さらに、原料粒子供給用治具２０ａは、少なくとも回転管３の外周と対向する側が切り欠き形成されたＣ字状の形状を有しており、粒子反応用空間１４に原料粒子１６を、Ｃ字型の欠損部から間欠挿入させる構造となっている。
【００８３】
なお、原料粒子供給用治具２０、２０ａを構成する材料は、装置稼動時の加熱に耐えられ、かつ原料粒子１６を汚染しないものであればよい。
【００８４】
このような材料としては、例えば原料粒子１６に炭素が含まれる場合、グラファイトが挙げられる。
【００８５】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４は、雰囲気ガスの回転炉１への導入および排気を行う部材である。ただし、排気口２４は、原料粒子１６の反応によって生じたガスの排気も行う。
【００８６】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の材質は任意に選択すればよく、例えば、ステンレスやＣｕなどの配管が利用できる。
【００８７】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の位置は、図１ではそれぞれ、回転管３の下端の下方、および上端の上方に設けられている。
【００８８】
ただし、雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の位置は、雰囲気ガスと原料粒子１６の加熱反応により発生するガスの比重を考慮して設置位置が決定されるため、必ずしも図１の位置に限定されるものではない。
【００８９】
また、雰囲気ガス供給口２７は、回転管３の端部まで伸ばしてもよいし、熱処理後の反応粒子１７を冷却するために、粒子反応用空間１４の出口（製品容器２２側の端部）に雰囲気ガスを供給するような位置に設けてもよい。ヒータ空間ガス供給孔１２も図２では粒子反応用空間１４の出口側に記載してあるが、入口側でも構わない。
【００９０】
原料容器２１は原料粒子１６を一時的に貯蔵し、また回転管３内へ供給する部材であり、上下端の少なくとも一部が開放された箱型（筒型）の形状を有している。
【００９１】
原料容器２１の内部には、原料粒子１６の供給量を制御するスクリューフィーダ等の原料定量供給機構１９が設けられている。
【００９２】
以上が回転炉１の各構成要素の詳細の説明である。
【００９３】
次に、回転炉１を用いた原料粒子１６の熱処理の手順について、図１〜図７を参照して説明する。
【００９４】
まず、原料粒子１６を作製する。具体的には、原料を所定の割合で調合し、反応性などを考慮した所定の寸法、形状に成形する。原料粒子１６は、粒子反応用空間１４を滞留することなく移動できるよう例えば公知の押出装置やプレス装置を利用した造粒装置で成形し、その後乾燥することが好ましい。
【００９５】
原料粒子１６の形状は特に限定されないが、原料粒子１６が球状の場合、回転管３内滞留時間を確保できないため、球状は避けた方が好ましい。
【００９６】
なお、原料粒子１６の具体的な形状としては、例えば円柱形状やボタン形状のものが挙げられる。
【００９７】
次に、雰囲気ガス供給口２７からヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４に雰囲気ガスを導入し、炉内の雰囲気全体を置換した後、駆動機構３７を用いて回転管３を回転させる。
【００９８】
なお、ヒータ設置用空間１５に導入する雰囲気ガスの量は、原料粒子１６が反応する際に生じる反応ガス等が流入しない程度、即ちヒータ２９が導入された雰囲気ガス以外のものと反応し消耗することを防ぐ程度の量であればよいので、粒子反応用空間１４に導入する雰囲気ガスの量と比較して少なくてよい。
【００９９】
逆に、ヒータ設置用空間１５に雰囲気ガスを多量に供給した場合、雰囲気ガスにより中央ヒータ４にて加熱された雰囲気ガスが排気され、熱効率が悪化するため、好ましくない。
【０１００】
次に、電源２６を用いて、電極２５を介してヒータ２９に電流を流し、抵抗によりヒータ２９を加熱させる。
【０１０１】
加熱されたヒータ２９は、ヒータ設置用空間１５内の雰囲気ガスを通じての熱伝導および輻射熱により回転管３のヒータ設置用空間１５の内壁を加熱するため、ヒータ２９から発生した熱は回転管３内を伝わり、粒子反応用空間１４の内壁を加熱する。
【０１０２】
次に、非接触式温度測定器９で回転管３の温度を測定する。
【０１０３】
この温度が所定の温度に達し、かつ安定すると、原料容器２１から原料粒子１６が原料投入口６を介して粒子反応用空間１４内に投入される。
【０１０４】
投入された原料粒子１６は回転管３の回転により管壁に沿って巻き上がりながら、回転管３が傾斜していることによる重力の作用により回転管３内を移動する。
【０１０５】
この際、原料粒子１６は、粒子反応用空間１４の内壁によって加熱され、組成や雰囲気ガスの種類に応じて所定の反応を生じ、反応粒子１７となる。
【０１０６】
反応粒子１７が粒子反応用空間１４の下端部に達すると、反応粒子１７は製品容器２２内に回収される。
【０１０７】
なお、雰囲気ガス供給口２７からヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４に導入された雰囲気ガスは、原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスと共に排気口２４から排気される。
【０１０８】
ここで、図３および図５に示す従来技術に係る回転炉１ａのように、ヒータ設置用空間１５ａ内で原料粒子１６を加熱する構造の場合、即ち、ヒータ設置用空間１５ａと粒子反応用空間１４ａを１つの空間で兼用する構造の場合、原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ４や回転管３と反応し、これらを消耗させる場合がある。このとき、より高温であり反応が起こり易い中央ヒータ４の消耗が顕著となり易い。
【０１０９】
中央ヒータ４が消耗した場合、連続処理するうちに、ヒータ径が細くなり、所望の温度分布から外れることになる。
【０１１０】
また、中央ヒータ４の消耗がさらに進行すると、中央ヒータ４が折れる可能性もある。
【０１１１】
一方、中央ヒータ４だけでなく、回転管３も反応により消耗して断管が発生し、連続加熱処理ができなくなる可能性もある。
【０１１２】
しかしながら、回転炉１においては、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が回転管３内に別々に設けられており、原料粒子１６を主に回転管壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ２９が原料粒子１６や反応粒子１７、即ち原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスおよび原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応により発生する反応ガスと接しない構造となっている。
【０１１３】
そのため、原料粒子１６の加熱により発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ４と反応してこれを消耗させることはない。
【０１１４】
また、従来の回転炉１ａでは、原料粒子１６は主にヒータ２９からの輻射熱により直接加熱されることになるが、回転炉１においては、原料粒子１６は主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱される。
【０１１５】
そのため、従来の回転炉１ａのように主に輻射熱で直接加熱されるより穏やかな加熱が可能になり、回転管３の局所的な消耗を防止でき、かつ反応粒子１７の品質を均一にできる。
【０１１６】
また、従来の回転炉１ａは、加熱された熱エネルギーが、殆ど原料粒子１６と接しない回転管３ａの内壁に供給され、回転管３と接する固定管２および断熱材７へと熱伝導にて伝達する構造となっているが、回転炉１においては、中央ヒータ４で加熱された熱エネルギーは雰囲気ガスの排出によるもの以外は回転管３、即ちヒータ設置用空間１５の内壁から粒子反応用空間１４の内壁の間の部材へと蓄熱されるため、より効率的に加熱処理ができる。
【０１１７】
さらに、従来の回転炉１ａの場合、時間当たりの処理量を増加させようと多量に回転管３内に原料粒子１６を供給すると、原料粒子１６の安息角により入口側から原料粒子１６が溢れ出ることが避けられなかった。
【０１１８】
しかしながら、回転炉１の場合、複数の粒子反応用空間１４を有するため、回転管容積を有効に利用でき、ひとつの粒子反応用空間１４あたりの原料粒子１６の供給量も少ない為、このような安息角の問題も発生し難くなる。
【０１１９】
このように、本実施形態によれば、回転炉１は、回転可能な中実の回転管３と、回転管３の回転中心軸５３を含むように回転管３の内部に設けられたヒータ設置用空間１５と、回転中心軸５３を含むようにヒータ設置用空間１５内に配置された抵抗加熱型のヒータ２９と、回転中心軸５３に沿うようにヒータ設置用空間１５の周囲に設けられ、原料粒子１６が投入される粒子反応用空間１４を有しており、原料粒子１６は主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱される。
【０１２０】
そのため、回転炉１は、熱効率がよく、また、ヒータ２９からの輻射熱を直接受ける場合に比較し、穏やかに原料粒子１６を反応させることが可能である。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が別々に設けられている。
【０１２２】
そのため、ヒータ２９が、原料粒子１６の加熱により発生した反応ガスや原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応で生成した反応ガスと接することがなく、ヒータ２９の消耗は避けられ、長寿命な連続運転が可能となる。
【０１２３】
また、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が別々に設けられているため、ヒータ２９が局所的に消耗することもなく、炉内の温度分布が処理時間により変わらない。
【０１２４】
さらに、本実施形態によれば、粒子反応用空間１４はヒータ設置用空間１５の周囲に複数が均等配置されている。
【０１２５】
そのため、粒子反応用空間１４ａとヒータ設置用空間１５ａを１つの空間で兼用する従来構造の回転炉１ａに比較して、被熱処理物が加熱された粒子反応用空間１４の内壁に接する頻度が高くなり、均一な加熱が可能となり、雰囲気ガスとも均一に接することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはない。
【０１２７】
当業者であれば、本発明の範囲内で各種変形例や改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１２８】
例えば、上記した実施形態では、ヒータ設置用空間１５へ雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ２９の内部にヒータ空間ガス供給孔１２を設け、絶縁体リング１１を介してヒータ空間ガス供給ノズル１０と連通する構造としたが、本発明は何らこれに限定されることはない。
【０１２９】
即ち、雰囲気ガスを導入する構造として、例えばヒータ空間ガス供給孔１２を設けずに、回転管３の入口または出口のヒータ空間雰囲気保護リング１３と中央ヒータ４の隙間から雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
【０１３０】
また、雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ空間雰囲気保護リング１３を回転させず固定し、ヒータ空間雰囲気保護リング１３に孔を開けて雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 回転炉
１ａ 回転炉
２ 固定管
３ 回転管
３ａ 回転管
４ 中央ヒータ
５ 端部ヒータ
６ 原料投入口
７ 断熱材
８ 温度測定口
９ 非接触式温度測定器
１０ ヒータ空間ガス供給ノズル
１１ 絶縁体リング
１２ ヒータ空間ガス供給孔
１３ ヒータ空間雰囲気保護リング
１４ 粒子反応用空間
１４ａ 粒子反応用空間
１５ ヒータ設置用空間
１５ａ ヒータ設置用空間
１６ 原料粒子
１７ 反応粒子
１８ 原料粒子投入治具
１９ 原料定量供給機構
２０ 原料粒子供給用治具
２０ａ 原料粒子供給用治具
２１ 原料容器
２２ 製品容器
２４ 排気口
２５ 電極
２６ 電源
２７ 雰囲気ガス供給口
２８ 傾斜角度調整機構
２９ ヒータ
３７ 駆動機構
３９ モータ
４１ 第１ギヤ
４３ 第２ギヤ
５１ 貫通孔
５３ 回転中心軸
５５ 水平面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転炉に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転炉は、傾斜させた回転管内にて、回転管の回転運動と、被熱処理物と回転管の間の摩擦力および重力により、被熱処理物を移動させながら熱処理を行う構造の炉である。
【０００３】
回転炉は、プッシャーにより被熱処理物を搭載した台板を炉内に移動させる炉であるプッシャー炉と比較すると、連続処理が可能で、かつ均一な熱処理が可能であるという長所がある。
【０００４】
回転炉を加熱部の位置により大別すると、加熱部が回転管の内部にある構造（内熱式と呼ぶ）と回転管の外部にある構造（外熱式と呼ぶ）に分けられる。
【０００５】
前者の回転炉の具体的な構造としては、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータ等の加熱部を配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造がある（特許文献１）。
【０００６】
後者の回転炉の具体的な構造としては、回転管の外部で加熱したガスを回転管内部に流すことにより被熱処理物を加熱するというものがある（特許文献２、特許文献３、特許文献４）。
【０００７】
また、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造も知られている（特許文献５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−７２４２９号公報
【特許文献２】実開平０２−１０６５９３号公報
【特許文献３】特開平１１−１９３９８７号公報
【特許文献４】特開２００１−１１４６７号公報
【特許文献５】特開２０００−１６１８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記した構造には以下のような問題があった。
【００１０】
まず、特許文献１のように、回転炉内部に抵抗加熱型ヒータを配設し、主に輻射熱で被熱処理物を加熱する構造の場合、例えば被熱処理物がＡｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒなどの金属酸化物と炭素の混合物であるときがある。
【００１１】
このような混合物に還元炭化、還元窒化や還元炭窒化を行う際には、水素や窒素などの雰囲気中で、回転炉を１２００℃以上、場合によっては２０００℃の高温に加熱する必要があるため、ヒータや回転管の材質をグラファイトとすることがある。
【００１２】
この際、酸化物の還元により水（Ｈ２Ｏ）、またはＣＯ、ＣＯ２などの炭酸ガスのような、酸素（Ｏ）を含むガスが発生する。このため、高温域ではヒータや回転管を構成するグラファイトと水やＣＯ２が安定なＣＯを形成し、局所的にグラファイトの消耗が発生し、安定した加熱温度での操業や加熱処理の連続操業ができなくなるという問題があった。
【００１３】
一方、特許文献２〜４に記載された、反応域外で雰囲気ガスを加熱し熱したガスを流す構造では、ヒータ部の消耗を抑えることは可能であるものの、抵抗加熱型ヒータを用いた構造と比べて熱効率が劣ってしまうという問題があった。
【００１４】
また、熱したガスを用いるという性質上、ガスを流す配管等にも耐熱構造が必要となるため、抵抗加熱型ヒータと比べると加熱温度を高温にするのが困難であるという問題もあった。
【００１５】
さらに、特許文献５に示すような、加熱部を回転管の外側に配設する外熱式の構造においては、ヒータの消耗は抑えられるものの、熱エネルギーが回転管外壁以外にも消費される為、内熱式の構造と比較して熱効率が悪くなるという問題があった。
【００１６】
また、内熱式の構造と比較して、加熱部を保護する断熱材などの外枠が大きくなり、炉が大型化するという問題があった。
【００１７】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その技術的課題は、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能な回転炉を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記した課題を解決するために、本発明は、回転可能な中実の回転体と、前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、を有することを特徴とする回転炉である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、従来よりも熱効率に優れ、かつヒータの消耗を抑制可能で連続操業が容易な回転炉を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の回転炉１を示す側面基本構造図であって、固定管２および断熱材７は断面図で記載している。
【図２】図１の回転管３およびその周囲の構造の詳細を示す断面図である。
【図３】従来技術に係る回転炉１ａの回転管３ａおよびその周囲の構造の詳細を示す断面図である。
【図４】図２の回転管３および中央ヒータ４のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３の回転管３ａおよび中央ヒータ４のＢ−Ｂ断面図である。
【図６】図２の原料投入口６付近の変形例を示す拡大図であって、（ａ）は軸方向に平行な断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図２の原料投入口６付近の変形例を示す拡大図であって、（ａ）は軸方向に平行な断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明に好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２２】
まず、本実施形態に係る回転炉１の概略構成について、図１、図２および図４を参照して説明する。
【００２３】
図１、図２および図４に示すように、回転炉１は、回転可能に設けられ、内部に加熱用の抵抗加熱式のヒータ２９が配置されるヒータ設置用空間１５（加熱用空間）および被熱処理物としての原料粒子１６が通過する粒子反応用空間１４（熱処理空間）とを有する中実の回転管３を回転体として有している。
【００２４】
図１では回転管３は、その回転中心軸５３が水平面５５に対して傾斜して設けられており、傾斜角度αは傾斜角度調整機構２８によって所定の角度に調整されている。
【００２５】
回転炉１は、また、ヒータ設置用空間１５内に配置されたヒータ２９、回転管３の周囲に設けられ、回転管３を保持する固定管２、固定管２の周囲に設けられ、ヒータ２９から発生した熱の逃げを防止する断熱材７、回転管３を回転させるための駆動機構３７、回転管３の上端側（両端面のうち、傾斜した状態で上側に位置する端面）に設けられ、原料粒子１６を貯蔵・供給するための原料容器２１、原料粒子１６を回転管３内に投入するための原料投入口６、および、回転管３の下端側（両端面のうち、傾斜した状態で下側に位置する端面）に設けられ、熱処理された反応粒子１７を回収する製品容器２２を有している。
【００２６】
さらに、ヒータ２９の両端には電極２５が設けられ、電極２５は電源２６に接続されている。
【００２７】
また、回転炉１は、回転管３の下端側に設けられ、回転管３のヒータ設置用空間１５および粒子反応用空間１４内に雰囲気ガスを供給する雰囲気ガス供給口２７、回転管３の上端側に設けられ、雰囲気ガスおよび反応ガスを排気する排気口２４、および回転管３の温度を測定する非接触式温度測定器９を有している。
【００２８】
なお、図１では加熱処理雰囲気に置換する為の排気口を省略している。
【００２９】
次に、図１〜７を参照して、回転炉１の各構成要素について、詳細に説明する。
【００３０】
回転管３は原料粒子１６を加熱することにより熱処理を行い、反応粒子１７を生成する部材であり、中央部には、回転中心軸５３を含むように回転管３を貫通して設けられたヒータ設置用空間１５を有し、ヒータ設置用空間１５内にヒータ２９が配設されている。
【００３１】
ヒータ設置用空間１５の両側の端部（開放端）には、原料粒子１６が反応した際に発生するガスと回転管３内部のヒータ２９とが接しないようにするため、グラファイト等で構成されたヒータ空間雰囲気保護リング１３が設けられている。なお、ヒータ２９の両端部は抵抗加熱のため中央部に比較し低温であり加熱処理により発生するガスと反応し局所的な消耗が起き難いため、ヒータ空間雰囲気保護リング１３はヒータ設置用空間１５の両側の端部に配設している。
【００３２】
回転管３はまた、ヒータ設置用空間１５の周囲に、回転中心軸５３に沿って回転管３を貫通して設けられた熱処理空間、即ち粒子反応用空間１４を有している。
【００３３】
詳細は後述するが、粒子反応用空間１４を原料容器２１から原料投入口６を通じて回転管３内に投入された原料粒子１６が通過すると、ヒータ２９によって加熱された回転管３の熱、また雰囲気ガス供給口２７から粒子反応用空間１４内に供給された雰囲気ガスとの作用等により、原料粒子１６が加熱反応処理される。
【００３４】
なお、図１、図２、および図４では回転管３は円筒であるため、円筒の中空部分がヒータ設置用空間１５を構成し、円筒の肉厚部分に粒子反応用空間１４が形成されている。
【００３５】
ここで、粒子反応用空間１４は、回転中心軸５３からの距離が等しくなるようにヒータ設置用空間１５の周囲に均等配置されるのが望ましい。
【００３６】
さらに、粒子反応用空間１４は、軸断面形状（軸方向に垂直な断面形状）が同一形状である方が望ましい。
【００３７】
また、図４では粒子反応用空間１４は軸断面形状が円形となっているが、必ずしも円形に限定されるものではなく、例えば多角形や星型の孔でもよい。
【００３８】
ただし、原料粒子１６と接する粒子反応用空間１４の内壁が、原料粒子１６と反応し、消耗する材料で構成されているときは、軸断面形状は、長時間処理しても形状が変化し難いものであるのが望ましい。
【００３９】
具体的には、軸断面形状としては、被熱処理物の流れ性、滞留時間が変わり難い円形が望ましい。
【００４０】
詳細は後述するが、このように、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４を回転管３内に別々に設け、原料粒子１６を主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ２９が原料粒子１６、反応粒子１７および反応により発生するガスと接しない構造とすることにより、熱処理中のヒータ２９の消耗を防止でき、連続処理が可能となると共に、原料粒子１６を均一に加熱できる。
【００４１】
回転管３を構成する材料は、１２００℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよく、被熱処理物への不純物混入なども考慮し適宜選択すればよい。
【００４２】
ヒータ２９は前述のように抵抗加熱型ヒータであり、図２に示すように、中央部分が中央ヒータ４を構成し、両端は、中央ヒータ４よりも径が大きく、電極２５と接続される端部ヒータ５を構成している。
【００４３】
ヒータ２９は回転中心軸５３を含むように配設されている。なお、図４ではヒータ２９（中央ヒータ４）の中心軸と回転管３の回転中心軸５３が一致しているが、回転中心軸５３がヒータ２９内に含まれるのであれば、ヒータ２９の中心軸と回転中心軸５３が一致しない偏心した配置としてもよい。
【００４４】
また、図２には１つの中央ヒータ４と２つの端部ヒータ５を有するヒータ２９が例示されているが、３つ以上の組み合わせを有していてもよい。
【００４５】
また、前述のように、ヒータ２９は抵抗加熱型ヒータであるため、端部ヒータ５に接続された電極２５は電源２６に通じている。
【００４６】
即ち、電源２６を用いて、ヒータ２９両端の電極２５を介してヒータ２９に電流を流すと、ヒータ２９は抵抗により加熱される。
【００４７】
この際、電源２６を用いて電流、電圧を制御することにより、ヒータ２９の温度を任意に設定可能である。
【００４８】
なお、ヒータ２９の温度、即ち反応域の温度分布は、電流、電圧を制御するだけではなく、中央ヒータ４の径によっても任意に変えることが可能である。
【００４９】
具体的には、中央ヒータ４全体を同じ径とするのではなく、高温としたい範囲を、他の部分よりも小さい径に形成すればよい。
【００５０】
また、ヒータ２９の材料としては、加工性のよいグラファイトが挙げられるが、通電による抵抗加熱で、原料粒子１６を必要な温度域まで加熱できるものであれば、必ずしもグラファイトには限定されない。
【００５１】
また、電極２５を構成する材料は通電が得られるものであればよく、例えばＣｕなどが用いられる。
【００５２】
また、図２に示すように、中央ヒータ４の、回転管３の下端側の端部は、その内部にヒータ空間ガス供給孔１２が設けられている。
【００５３】
ヒータ空間ガス供給孔１２は、ヒータ設置用空間１５に、ヒータ２９の消耗を防ぐための雰囲気ガスを供給するための孔であり、一端がヒータ設置用空間１５内に配置された（中央ヒータ４の）側面を貫通し、他の端部がヒータ設置用空間１５外に配置された（中央ヒータ４の）側面を貫通しており、中央ヒータ４に取り付けられた絶縁体リング１１を介してヒータ空間ガス供給ノズル１０（供給手段）と連通している。
【００５４】
ヒータ空間ガス供給ノズル１０はステンレスやＣｕなどで構成された配管であり、雰囲気ガス供給口２７から雰囲気ガスが供給されるようになっている。なお、図１では雰囲気ガス供給口２７は１ヶ所としているが、粒子反応用空間１４へ供給する雰囲気ガス供給口２７とヒータ設置用空間１５へ供給するヒータ空間ガス供給ノズル１０は、流量を別と出来るよう実際は複数あるようにしている。またヒータ設置用空間１５へ供給するガスは被熱処理物の雰囲気と同じでもよいし、場合によってはヒータ２９の消耗を防ぐものであればその他のガスであっても構わない。
【００５５】
絶縁体リング１１を構成する材料は、ヒータ設置用空間１５へ雰囲気ガスを供給するノズルが通電加熱されたヒータ２９と接する場合の導通を考慮し、絶縁性があり、かつ溶融し難い高融点のものを利用する。
【００５６】
このような材料としては、例えば、融点が約２７００℃である窒化ホウ素（ＢＮ）や融点が約２０５０℃であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）が挙げられる。
【００５７】
なお、ヒータ設置用空間１５に供給された雰囲気ガスはヒータ空間雰囲気保護リング１３とヒータ２９との隙間から排出され、排気口２４から外部に排出される。
【００５８】
固定管２は、回転管３を支持・固定する部材である。
【００５９】
図１および図２では固定管２は円筒管状であるが、回転管３を支持・固定できればどのような形状でもよい。また固定管２は複数の部材から構成されていてもよい。
【００６０】
固定管２を構成する材料としては、回転管３を１２００℃以上の高温で加熱する場合、例えば加工性と耐熱性に優れたグラファイトが挙げられるが、加熱温度がこれより低い場合、ステンレス等を用いてもよい。
【００６１】
断熱材７は、固定管２の周囲に配設することにより、熱の逃げを防止し、熱効率を上昇させる部材である。
【００６２】
断熱材７の具体的な材料としては、アルミナを主成分とするレンガや中空粒子などが挙げられるが、必ずしもこれに限定されるものではない。
【００６３】
なお、図１には記していないが、熱効率をより上昇させるためには、炉体全体にも断熱材７を配するのが望ましい。
【００６４】
駆動機構３７は、回転管３を回転させる部材であり、モータ３９およびモータ３９の図示しない回転軸に連結された第１ギヤ４１とを有している。
【００６５】
また、図１では回転管３の外周には第１ギヤ４１と噛み合う第２ギヤ４３が配設されており、第１ギヤ４１と第２ギヤ４３が噛み合った状態で、モータ３９を所定の速度で回転させることにより、回転管３を所定の回転速度で回転させることができる。
【００６６】
傾斜角度調整機構２８は、回転管３の傾斜角度αを調整する油圧ジャッキ等の部材であり、傾斜角度αを調節することにより原料粒子１６の回転管３内の滞留時間を任意に変えることが可能である。
【００６７】
即ち、傾斜角度αを大きくすればするほど原料粒子１６の滞留時間は短くなり、傾斜角度αを小さくすればするほど、原料粒子１６の滞留時間は長くなる。
【００６８】
非接触式温度測定器９は回転管３の温度を測定する装置であり、例えば、物体から放射される赤外線や可視光線の強度を測定して、物体の温度を測定する温度計である放射温度計を利用する。
【００６９】
非接触式温度測定器９のより具体的な例としては、１０００〜２０００℃域の測定レンジのＣＨＩＮＯ製型番ＦＬ２ＮＮＯ３などが挙げられる。
【００７０】
非接触式温度測定器９による温度測定は、回転管３の原料粒子１６の入口または出口方向から直接、回転管３内の温度を測定する方法はヒータ空間雰囲気保護リング１３に温度測定用の孔を設けなければ容易ではないため、図２に示すように、回転管３の外壁温度を回転炉１の炉体側面から温度測定口８を通じて測定することにより、回転管３内の温度を測定する方法が好ましい。
【００７１】
なお、炉体側面から温度測定を行う場合、測定箇所はひとつであっても複数であってもよい。
【００７２】
また、非接触式温度測定器９を電源２６に接続し、非接触式温度測定器９が測定した温度をフィードバックすることにより、電源２６が昇温または降温などの制御を行う構成にしてもよい。
【００７３】
原料投入口６は、原料粒子１６を粒子反応用空間１４に投入するための穴であり、図２では、原料供給手段としての原料粒子供給用治具２０（原料供給用治具）に設けられている。原料投入口６は、原料容器２１から原料粒子１６が投入されるように、原料容器２１の下方に設けられている。
【００７４】
より具体的に説明すると、原料粒子供給用治具２０は回転管３の上端面を覆うように設けられたリング状の部材であり、原料投入口６は、一端が原料粒子供給用治具２０の、粒子反応用空間１４と対向する面を貫通して粒子反応用空間１４と連通するように、他端が原料粒子供給用治具２０の側面を貫通するように設けられた貫通孔である。原料粒子１６は回転する原料粒子供給用治具２０と固定された原料投入口６の孔の位置が一致したとき、粒子反応用空間１４内に供給される。
【００７５】
ただし、原料供給手段の構造は必ずしも図２に示す構造に限定される訳ではなく、図６および図７に示すような構造も可能である。
【００７６】
例えば、図６では原料投入口６は固定管２に設けられている。
【００７７】
また、図６では、回転管３の粒子反応用空間１４から回転管３の側面（回転管３の固定管２との対向面）に向けて貫通して設けられた貫通孔５１が設けられており、原料投入口６と貫通孔５１で原料供給手段を構成している。
【００７８】
この構成では、原料投入口６は、所定の回転角度で貫通孔５１と重なる（対向する）ように形成されている。
【００７９】
そのため、回転中の回転管３において、貫通孔５１と固定管２の原料投入口６が重なった時、即ち、貫通孔５１と原料投入口６が対向した時に原料粒子１６が回転管３の粒子反応用空間１４内に投入される。
【００８０】
一方、図７に示す構造では、粒子反応用空間１４の端部（外部への露出部）に設けられたＣ字状の原料粒子供給用治具２０ａが原料供給手段を構成している。
【００８１】
より具体的には、原料粒子供給用治具２０ａは、回転管３の上端側における粒子反応用空間１４の端部の周囲に設けられている。
【００８２】
さらに、原料粒子供給用治具２０ａは、少なくとも回転管３の外周と対向する側が切り欠き形成されたＣ字状の形状を有しており、粒子反応用空間１４に原料粒子１６を、Ｃ字型の欠損部から間欠挿入させる構造となっている。
【００８３】
なお、原料粒子供給用治具２０、２０ａを構成する材料は、装置稼動時の加熱に耐えられ、かつ原料粒子１６を汚染しないものであればよい。
【００８４】
このような材料としては、例えば原料粒子１６に炭素が含まれる場合、グラファイトが挙げられる。
【００８５】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４は、雰囲気ガスの回転炉１への導入および排気を行う部材である。ただし、排気口２４は、原料粒子１６の反応によって生じたガスの排気も行う。
【００８６】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の材質は任意に選択すればよく、例えば、ステンレスやＣｕなどの配管が利用できる。
【００８７】
雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の位置は、図１ではそれぞれ、回転管３の下端の下方、および上端の上方に設けられている。
【００８８】
ただし、雰囲気ガス供給口２７および排気口２４の位置は、雰囲気ガスと原料粒子１６の加熱反応により発生するガスの比重を考慮して設置位置が決定されるため、必ずしも図１の位置に限定されるものではない。
【００８９】
また、雰囲気ガス供給口２７は、回転管３の端部まで伸ばしてもよいし、熱処理後の反応粒子１７を冷却するために、粒子反応用空間１４の出口（製品容器２２側の端部）に雰囲気ガスを供給するような位置に設けてもよい。ヒータ空間ガス供給孔１２も図２では粒子反応用空間１４の出口側に記載してあるが、入口側でも構わない。
【００９０】
原料容器２１は原料粒子１６を一時的に貯蔵し、また回転管３内へ供給する部材であり、上下端の少なくとも一部が開放された箱型（筒型）の形状を有している。
【００９１】
原料容器２１の内部には、原料粒子１６の供給量を制御するスクリューフィーダ等の原料定量供給機構１９が設けられている。
【００９２】
以上が回転炉１の各構成要素の詳細の説明である。
【００９３】
次に、回転炉１を用いた原料粒子１６の熱処理の手順について、図１〜図７を参照して説明する。
【００９４】
まず、原料粒子１６を作製する。具体的には、原料を所定の割合で調合し、反応性などを考慮した所定の寸法、形状に成形する。原料粒子１６は、粒子反応用空間１４を滞留することなく移動できるよう例えば公知の押出装置やプレス装置を利用した造粒装置で成形し、その後乾燥することが好ましい。
【００９５】
原料粒子１６の形状は特に限定されないが、原料粒子１６が球状の場合、回転管３内滞留時間を確保できないため、球状は避けた方が好ましい。
【００９６】
なお、原料粒子１６の具体的な形状としては、例えば円柱形状やボタン形状のものが挙げられる。
【００９７】
次に、雰囲気ガス供給口２７からヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４に雰囲気ガスを導入し、炉内の雰囲気全体を置換した後、駆動機構３７を用いて回転管３を回転させる。
【００９８】
なお、ヒータ設置用空間１５に導入する雰囲気ガスの量は、原料粒子１６が反応する際に生じる反応ガス等が流入しない程度、即ちヒータ２９が導入された雰囲気ガス以外のものと反応し消耗することを防ぐ程度の量であればよいので、粒子反応用空間１４に導入する雰囲気ガスの量と比較して少なくてよい。
【００９９】
逆に、ヒータ設置用空間１５に雰囲気ガスを多量に供給した場合、雰囲気ガスにより中央ヒータ４にて加熱された雰囲気ガスが排気され、熱効率が悪化するため、好ましくない。
【０１００】
次に、電源２６を用いて、電極２５を介してヒータ２９に電流を流し、抵抗によりヒータ２９を加熱させる。
【０１０１】
加熱されたヒータ２９は、ヒータ設置用空間１５内の雰囲気ガスを通じての熱伝導および輻射熱により回転管３のヒータ設置用空間１５の内壁を加熱するため、ヒータ２９から発生した熱は回転管３内を伝わり、粒子反応用空間１４の内壁を加熱する。
【０１０２】
次に、非接触式温度測定器９で回転管３の温度を測定する。
【０１０３】
この温度が所定の温度に達し、かつ安定すると、原料容器２１から原料粒子１６が原料投入口６を介して粒子反応用空間１４内に投入される。
【０１０４】
投入された原料粒子１６は回転管３の回転により管壁に沿って巻き上がりながら、回転管３が傾斜していることによる重力の作用により回転管３内を移動する。
【０１０５】
この際、原料粒子１６は、粒子反応用空間１４の内壁によって加熱され、組成や雰囲気ガスの種類に応じて所定の反応を生じ、反応粒子１７となる。
【０１０６】
反応粒子１７が粒子反応用空間１４の下端部に達すると、反応粒子１７は製品容器２２内に回収される。
【０１０７】
なお、雰囲気ガス供給口２７からヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４に導入された雰囲気ガスは、原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスと共に排気口２４から排気される。
【０１０８】
ここで、図３および図５に示す従来技術に係る回転炉１ａのように、ヒータ設置用空間１５ａ内で原料粒子１６を加熱する構造の場合、即ち、ヒータ設置用空間１５ａと粒子反応用空間１４ａを１つの空間で兼用する構造の場合、原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ４や回転管３と反応し、これらを消耗させる場合がある。このとき、より高温であり反応が起こり易い中央ヒータ４の消耗が顕著となり易い。
【０１０９】
中央ヒータ４が消耗した場合、連続処理するうちに、ヒータ径が細くなり、所望の温度分布から外れることになる。
【０１１０】
また、中央ヒータ４の消耗がさらに進行すると、中央ヒータ４が折れる可能性もある。
【０１１１】
一方、中央ヒータ４だけでなく、回転管３も反応により消耗して断管が発生し、連続加熱処理ができなくなる可能性もある。
【０１１２】
しかしながら、回転炉１においては、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が回転管３内に別々に設けられており、原料粒子１６を主に回転管壁からの熱伝導にて加熱し、ヒータ２９が原料粒子１６や反応粒子１７、即ち原料粒子１６が加熱されることにより発生する反応ガスおよび原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応により発生する反応ガスと接しない構造となっている。
【０１１３】
そのため、原料粒子１６の加熱により発生する反応ガスや、原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応による反応ガスが中央ヒータ４と反応してこれを消耗させることはない。
【０１１４】
また、従来の回転炉１ａでは、原料粒子１６は主にヒータ２９からの輻射熱により直接加熱されることになるが、回転炉１においては、原料粒子１６は主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱される。
【０１１５】
そのため、従来の回転炉１ａのように主に輻射熱で直接加熱されるより穏やかな加熱が可能になり、回転管３の局所的な消耗を防止でき、かつ反応粒子１７の品質を均一にできる。
【０１１６】
また、従来の回転炉１ａは、加熱された熱エネルギーが、殆ど原料粒子１６と接しない回転管３ａの内壁に供給され、回転管３と接する固定管２および断熱材７へと熱伝導にて伝達する構造となっているが、回転炉１においては、中央ヒータ４で加熱された熱エネルギーは雰囲気ガスの排出によるもの以外は回転管３、即ちヒータ設置用空間１５の内壁から粒子反応用空間１４の内壁の間の部材へと蓄熱されるため、より効率的に加熱処理ができる。
【０１１７】
さらに、従来の回転炉１ａの場合、時間当たりの処理量を増加させようと多量に回転管３内に原料粒子１６を供給すると、原料粒子１６の安息角により入口側から原料粒子１６が溢れ出ることが避けられなかった。
【０１１８】
しかしながら、回転炉１の場合、複数の粒子反応用空間１４を有するため、回転管容積を有効に利用でき、ひとつの粒子反応用空間１４あたりの原料粒子１６の供給量も少ない為、このような安息角の問題も発生し難くなる。
【０１１９】
このように、本実施形態によれば、回転炉１は、回転可能な中実の回転管３と、回転管３の回転中心軸５３を含むように回転管３の内部に設けられたヒータ設置用空間１５と、回転中心軸５３を含むようにヒータ設置用空間１５内に配置された抵抗加熱型のヒータ２９と、回転中心軸５３に沿うようにヒータ設置用空間１５の周囲に設けられ、原料粒子１６が投入される粒子反応用空間１４を有しており、原料粒子１６は主に粒子反応用空間１４の内壁からの熱伝導にて加熱される。
【０１２０】
そのため、回転炉１は、熱効率がよく、また、ヒータ２９からの輻射熱を直接受ける場合に比較し、穏やかに原料粒子１６を反応させることが可能である。
【０１２１】
また、本実施形態によれば、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が別々に設けられている。
【０１２２】
そのため、ヒータ２９が、原料粒子１６の加熱により発生した反応ガスや原料粒子１６と雰囲気ガスとの反応で生成した反応ガスと接することがなく、ヒータ２９の消耗は避けられ、長寿命な連続運転が可能となる。
【０１２３】
また、ヒータ設置用空間１５と粒子反応用空間１４が別々に設けられているため、ヒータ２９が局所的に消耗することもなく、炉内の温度分布が処理時間により変わらない。
【０１２４】
さらに、本実施形態によれば、粒子反応用空間１４はヒータ設置用空間１５の周囲に複数が均等配置されている。
【０１２５】
そのため、粒子反応用空間１４ａとヒータ設置用空間１５ａを１つの空間で兼用する従来構造の回転炉１ａに比較して、被熱処理物が加熱された粒子反応用空間１４の内壁に接する頻度が高くなり、均一な加熱が可能となり、雰囲気ガスとも均一に接することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２６】
以上、本発明を実施形態に基づき説明したが、本発明は上記した実施形態に限定されることはない。
【０１２７】
当業者であれば、本発明の範囲内で各種変形例や改良例に想到するのは当然のことであり、これらも本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１２８】
例えば、上記した実施形態では、ヒータ設置用空間１５へ雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ２９の内部にヒータ空間ガス供給孔１２を設け、絶縁体リング１１を介してヒータ空間ガス供給ノズル１０と連通する構造としたが、本発明は何らこれに限定されることはない。
【０１２９】
即ち、雰囲気ガスを導入する構造として、例えばヒータ空間ガス供給孔１２を設けずに、回転管３の入口または出口のヒータ空間雰囲気保護リング１３と中央ヒータ４の隙間から雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
【０１３０】
また、雰囲気ガスを導入する構造として、ヒータ空間雰囲気保護リング１３を回転させず固定し、ヒータ空間雰囲気保護リング１３に孔を開けて雰囲気ガスを導入する構造としてもよい。
【符号の説明】
【０１３１】
１ 回転炉
１ａ 回転炉
２ 固定管
３ 回転管
３ａ 回転管
４ 中央ヒータ
５ 端部ヒータ
６ 原料投入口
７ 断熱材
８ 温度測定口
９ 非接触式温度測定器
１０ ヒータ空間ガス供給ノズル
１１ 絶縁体リング
１２ ヒータ空間ガス供給孔
１３ ヒータ空間雰囲気保護リング
１４ 粒子反応用空間
１４ａ 粒子反応用空間
１５ ヒータ設置用空間
１５ａ ヒータ設置用空間
１６ 原料粒子
１７ 反応粒子
１８ 原料粒子投入治具
１９ 原料定量供給機構
２０ 原料粒子供給用治具
２０ａ 原料粒子供給用治具
２１ 原料容器
２２ 製品容器
２４ 排気口
２５ 電極
２６ 電源
２７ 雰囲気ガス供給口
２８ 傾斜角度調整機構
２９ ヒータ
３７ 駆動機構
３９ モータ
４１ 第１ギヤ
４３ 第２ギヤ
５１ 貫通孔
５３ 回転中心軸
５５ 水平面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な中実の回転体と、
前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、
前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、
前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、
を有することを特徴とする回転炉。
【請求項２】
前記熱処理空間は、前記加熱用空間の周囲に複数個が均等配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転炉。
【請求項３】
前記回転体は円筒であり、
前記円筒の中空部分が前記加熱用空間を構成し、
前記円筒の肉厚部分に前記熱処理空間が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項４】
前記加熱用空間および前記熱処理空間は、前記回転体を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項５】
前記加熱用空間の端部に設けられ、前記加熱用空間の内部の雰囲気を保護するリングを有することを特徴とする請求項４に記載の回転炉。
【請求項６】
前記加熱用空間に、前記ヒータの消耗を防ぐ雰囲気ガスを供給する供給手段をさらに有し、
前記ヒータは、前記加熱用空間と外部とを連絡するヒータ空間ガス供給口を有し、
前記供給手段は、前記ヒータ空間ガス供給口を介して前記加熱用空間に前記雰囲気ガスを供給するヒータ空間ガス供給ノズルを有することを特徴とする請求項５記載の回転炉。
【請求項７】
前記熱処理空間は、前記回転中心軸に垂直な断面形状が、円形、多角形、星型のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項８】
前記熱処理空間に前記被熱処理物を供給する供給手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項９】
前記供給手段は、前記回転体に設けられた原料供給用治具を有し、
前記原料供給用治具は、貫通孔を有し、
前記貫通孔の一端が前記熱処理空間に連通され、他端が前記被熱処理物を供給する原料投入口を形成することを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【請求項１０】
前記回転体の周囲に設けられ、前記回転体を保持する固定部を有し、
前記供給手段は、前記回転体の前記固定部との対向面から前記熱処理空間へ貫通して設けられた貫通孔と、
前記貫通孔と対向可能に前記固定部に形成された孔状の原料投入口と、
を有し、
前記回転体の回転により、前記貫通孔と原料投入口が対向すると、前記熱処理空間に前記被熱処理物が供給されることを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【請求項１１】
前記供給手段は、前記熱処理空間の外部への露出部の周囲に設けられ、少なくとも前記回転体の外周と対向する側が切り欠き形成されたＣ字状の原料供給用治具を有することを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【請求項１】
回転可能な中実の回転体と、
前記回転体の回転中心軸を含むように前記回転体の内部に設けられた加熱用空間と、
前記回転中心軸を含むように前記加熱用空間内に配置された抵抗加熱型のヒータと、
前記回転中心軸に沿うように前記加熱用空間の周囲に設けられ、被熱処理物が投入される熱処理空間と、
を有することを特徴とする回転炉。
【請求項２】
前記熱処理空間は、前記加熱用空間の周囲に複数個が均等配置されていることを特徴とする請求項１記載の回転炉。
【請求項３】
前記回転体は円筒であり、
前記円筒の中空部分が前記加熱用空間を構成し、
前記円筒の肉厚部分に前記熱処理空間が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項４】
前記加熱用空間および前記熱処理空間は、前記回転体を貫通するように形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項５】
前記加熱用空間の端部に設けられ、前記加熱用空間の内部の雰囲気を保護するリングを有することを特徴とする請求項４に記載の回転炉。
【請求項６】
前記加熱用空間に、前記ヒータの消耗を防ぐ雰囲気ガスを供給する供給手段をさらに有し、
前記ヒータは、前記加熱用空間と外部とを連絡するヒータ空間ガス供給口を有し、
前記供給手段は、前記ヒータ空間ガス供給口を介して前記加熱用空間に前記雰囲気ガスを供給するヒータ空間ガス供給ノズルを有することを特徴とする請求項５記載の回転炉。
【請求項７】
前記熱処理空間は、前記回転中心軸に垂直な断面形状が、円形、多角形、星型のいずれかであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項８】
前記熱処理空間に前記被熱処理物を供給する供給手段を有することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の回転炉。
【請求項９】
前記供給手段は、前記回転体に設けられた原料供給用治具を有し、
前記原料供給用治具は、貫通孔を有し、
前記貫通孔の一端が前記熱処理空間に連通され、他端が前記被熱処理物を供給する原料投入口を形成することを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【請求項１０】
前記回転体の周囲に設けられ、前記回転体を保持する固定部を有し、
前記供給手段は、前記回転体の前記固定部との対向面から前記熱処理空間へ貫通して設けられた貫通孔と、
前記貫通孔と対向可能に前記固定部に形成された孔状の原料投入口と、
を有し、
前記回転体の回転により、前記貫通孔と原料投入口が対向すると、前記熱処理空間に前記被熱処理物が供給されることを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【請求項１１】
前記供給手段は、前記熱処理空間の外部への露出部の周囲に設けられ、少なくとも前記回転体の外周と対向する側が切り欠き形成されたＣ字状の原料供給用治具を有することを特徴とする請求項８記載の回転炉。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１０２９０１（Ｐ２０１２−１０２９０１Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４９６４５（Ｐ２０１０−２４９６４５）
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月８日（２０１０．１１．８）
【出願人】（０００２２０１０３）株式会社アライドマテリアル (192)
【Ｆターム（参考）】
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