JPH11344290A - 回転炉及びこれを用いた粉粒体の加熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高温域に於いても石英ガラス炉心管を失透させ
ずに安定した回転動力を伝達することができ、長期間の
運転を確保することができる回転炉。 【解決手段】無機材料で形成された炉心管及び該炉心管
を支持し回転力を伝達する支持部を有する回転炉であっ
て、支持部のうち炉心管と直接もしくは間接的に接触す
る部位と、炉心管との間に緩衝材を有することを特徴と
する回転炉。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特定の構造を有する
回転炉及びその使用に関するものであり、特にセラミッ
ク、ガラス等の無機材料製の円筒炉心管を有する回転炉
に適したものである。また、ロータリーキルン炉心管を
高温域で回転支持する方法に関して、炉心管と直接もし
くは間接的に接触する支持部と炉心管との間に石英ガラ
スを失透させない材質の緩衝材を用いたことを特徴と
し、これにより炉心管表面の偏磨耗を防止する事もでき
るため、透明石英ガラス製の円筒炉心管を用いる場合に
適したものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、セラミック粉を連続的に焼成
や乾燥を行うに際しては、ロータリーキルン方式の加熱
装置を用いるのが一般的となっている。この加熱装置は
一定の速度で回転している円筒状の炉芯管を備え、片側
端部入口より投入された原料粉は回転によって反対端部
出口へ移送される。この移送の間に炉心管外面に配され
た加熱体からの熱伝達により所定の温度まで加熱され
る。特に高純度が要求される原料の焼成や乾燥において
は、セラミック原料から発生した重金属蒸気との反応に
よる生成物や直接粉体と接することにより発生する摩耗
粉のコンタミの問題から、直接粉体と接する炉心管の材
質としても高純度かつ高密度のセラミック材料もしくは
高純度ガラスが要求される。

【０００３】しかし、高純度かつ高密度のセラミック材
料もしくは高純度ガラスからなる炉心管を使用した場合
には熱的に十分な機械的強度が得られない恐れがある。
このことから特開平６−３０５４号公報、特開平５−４
５０６１号公報の実施例に見られるように、高純度かつ
高密度のセラミック材料からなる内筒を耐熱金属からな
る外筒に挿入した二重構造が提案されているが、これら
実施例には内筒を固定し、回転させる方法・構造の具体
的な記載がない。また、特開平３−７９９８４号公報、
および図３に示すようにグランドを炉心管外表面にグラ
ンド押さえにて密着させることにより固定するグランド
シール構造が一般的に採用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、特に高純度
であることを要求される用途に対して例えば高純度ガラ
スとして透明石英ガラスを用いた石英ガラス製の炉心管
を用い、上記の各方法により高温での運転時に炉心管を
保持しようとした場合、従来のグランドシール方式によ
る炉心管の固定方法ではグランドシールの摩擦力で滑り
無く回転動力を伝達する構造であるため、石英ガラスの
失透が問題となるような高温部において、十分に回転力
を伝達するのに適した構造でなく、またこれに使用可能
な材料がないのが実状である。また、支持部材の材質の
選択によっては支持部材中の不純物と石英ガラスが反応
して失透を生じるという問題が発生することがわかっ
た。最悪の場合、失透を原因として石英ガラス炉心管の
破損につながることになる。

【０００５】ここで、石英ガラス炉心管を高温域におい
て支持固定するために、石英ガラスを失透させない目的
をもって、支持部材に耐熱性金属や高純度炭化珪素セラ
ミックなどの高純度セラミックを使用する事が考えられ
る。しかし、耐熱性金属やセラミックと石英ガラスで
は、石英ガラスに比べて耐熱性金属やセラミックの方が
はるかに硬度が高く硬いため、運転中の振動などや炉心
管と支持部の間に生じたクリアランスなどのためによっ
て支持部材と石英ガラス炉心管の接触部分の間に相対的
な運動が発生すると、そのしゅう動面において石英ガラ
ス炉心管の表面に摩耗が発生する。炉心管もしくは支持
部に生じた摩耗は最終的に装置トラブルを引き起こす原
因となるため、石英ガラスに失透を生じさせず、かつ摩
耗を生じさせないような材質および構造を選択する必要
がある。

【０００６】高温雰囲気下において石英ガラス製の炉心
管を支持し外部からの回転動力を伝達する方法として
は、本発明者らは先に特願平９−１０８９０２において
炉心管表面に設けられた突起と、この突起とはめ合い構
造を持つ支持部によって炉心管に対して外部からの回転
動力を伝達する方法を提案している。ところが、上述の
ような石英ガラス製炉心管を有する回転炉を高温下で運
転した場合、支持部の構造のみならず、その材質の選定
が困難であることが判明した。すなわち、高温下での運
転により、石英ガラス製炉心管が次第に失透することが
判明した。これは支持部材質中の特定成分の影響が考え
られるがその機構は未だ不明な点も多いものの、上記の
炉心管の構造では石英ガラス炉心管と支持部である高純
度セラミックが直接接触する構造を取っているため、炉
心管と支持部の硬度差から炉心管に磨耗が生じる可能性
が非常に大きい。

【０００７】本発明は、これら従来技術の問題に鑑みて
なされたものであって、石英ガラス炉心管を高温域で固
定する支持部にあって、石英ガラス炉心管と直接もしく
は間接的に接触する支持部の材質が石英ガラスを失透さ
せない材質の強度部材を用いたことを特徴とし、炉心管
の固定部に滑りを発生させずに、外部からの回転動力を
安定して炉心管に伝達する回転炉の炉心管の支持部の提
供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、無機材料で形
成された炉心管及び該炉心管を支持し回転力を伝達する
支持部を有する回転炉であって、支持部のうち炉心管と
直接もしくは間接的に接触する部位と、炉心管との間に
緩衝材を有することを特徴とする回転炉、及びこのよう
な回転炉を用いて被処理粉粒体を加熱することを特徴と
する粉粒体の加熱処理方法、さらにはこのような回転炉
を用いて被処理粉粒体を加熱することを特徴とする高純
度粉粒体の製造方法に存する。

【０００９】本発明の回転炉において、炉心管を固定し
外部からの回転駆動を伝達する支持部において、炉心管
と直接もしくは間接的に接触する部位と炉心管との間に
石英ガラスを失透させない材質の緩衝材を用いること
で、炉心管を破損させることなく安定した回転動力を伝
達することができ、炉心管の失透や摩耗を発生させるこ
となく長期間の運転を確保することを特徴とするもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の回転炉は、軸方向に回転
しながら内部の被加熱物を加熱することが可能な通常円
筒状の炉心管を有するものであり、さらにこの炉心管を
支持し該炉心管の外部より回転駆動力を伝達しうる支持
部を有するものである。このような回転炉の構造自体は
公知のものを採用することができるが、本発明において
は、支持部のうち炉心管と直接もしくは間接的に接触す
る部位と、炉心管との間に、緩衝材を有することを特徴
とする。この緩衝材は、炉心管を支持する支持部が、炉
心管と直接もしくは間接的に接触していることにより炉
心管が高温での使用時に失透することを防止するもので
ある。したがって緩衝材が炉心管に直接接触することに
より石英ガラスを失透させない材質より成るものとすべ
きである。さらに支持部を、炉心管と直接もしくは間接
的に接触する部位の材質が高温で石英ガラスを失透させ
ない材質より成る強度部材で形成されたものとすること
により一層の失透防止効果を図ることもできる。

【００１１】なおここで「直接」接触するとは、文字通
り対象となる物質が石英ガラスに直接触れている状態で
あり、「間接的に」接触しているとは、直接の接触に対
して、石英ガラスとの間に何らかの物体が存在してい
て、対象となる物質が「直接」石英ガラスには触れてい
ないものの、雰囲気などを介して石英ガラスを失透させ
てしまう状態を指す。本発明において支持部と炉心管と
の間には緩衝材が存在しているので、支持部において炉
心管と直接又は間接的に接触するとは、緩衝材を介して
接触していることを指すものである。以下、本発明につ
き、図１および図２を用いて詳細に説明する。図１は本
発明のロータリーキルン炉心管の回転支持方法を用いた
ロータリーキルンの全体図を示す側面図である。図２は
図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【００１２】図１に示すように、炉心管１が２カ所もし
くはそれ以上の複数の支持部２で固定され、この炉心管
１を取り囲んで配設された加熱手段としてのヒータ３を
備えており、支持部２は回転伝達装置４上に設置されて
いる。また、炉心管１および支持部２への回転伝達機構
としては回転伝達装置４から支持部２へ回転を伝達する
ために歯車などの一般的な伝達機構で取り合っている。
また、炉心管１はこの円周方向に沿った支持具１０によ
って支持固定されており、この支持具１０は支持棒１２
によって調整機構９を介して支持部２に取り付けられて
いる。ヒータ３により炉内が加熱されると、炉心管１を
支持する支持具１０や支持棒１２は、高温の雰囲気下に
ある。

【００１３】支持具１０と炉心管１との間隙には、耐熱
性を有するセラミックファイバーなどの詰め物１１が充
填される。この詰め物１１を用いる事により炉心管１と
支持具１０が直接接触する事を防いでいる。すなわち炉
心管１の表面に支持具１０と直接接触することで生じる
摩耗を防止している。この詰め物１１の材質に石英ガラ
スを失透させない材質の緩衝材を用いることで、石英ガ
ラス炉心管の破損や失透を生じさせずに安定した回転動
力を伝達することができる。

【００１４】本発明で緩衝材に用いる材質としては、石
英ガラスの失透が問題となりうるような高温、より具体
的には６００℃以上の高温、特に１０００℃以上の高温
で失透を生じない材質である。より具体的には、無機材
料を用いるのが好ましく、特に好ましくは、セラミック
ス、ガラス、さらに好ましくは高純度炭化珪素、高純度
窒化珪素等の、金属不純物含有量がｐｐｍオーダー以下
のいわゆる高純度セラミックとする。より好ましくはア
ルカリ金属、アルカリ土類金属の総量が２００ｐｐｍ以
下、より好ましくは１００ｏｏｍ以下、さらに好ましく
は５０ｐｐｍ以下とする。さらに本発明者らの検討によ
り、本発明が適用されるような上述した高温条件では、
これらアルカリ金属、アルカリ土類金属の含有量として
は特に部材の表層部での含有量が失透に大きな影響を及
ぼすのであって、したがって部材の総量としてこれらの
金属の含有量を低く抑えることにより失透を防止するこ
ともできるが、部材の表層部でのこれらの金属の含有量
を特定値以下に抑えることによって、効率的に失透を防
止することができることを見出した。ここで表層部での
含有量は、ＧＤ−ＭＳ分析において放電条件０．６Ｋ
Ｖ、３ｍＡ（スパッタレート約０．０１μｍ／ｍｉ
ｎ）、放電時間０．５０ｈｒとして求めた表面より０．
３μｍまでの含有量を採用する。この表層部でのアルカ
リ金属含有量が、５００ｐｐｍ以下、特に好ましくは３
００ｐｐｍ以下、さらに好ましくは１００ｐｐｍ以下と
することにより失透防止に効果が大きいことが見出され
た。本発明の回転炉においては以上説明した構造とする
ことにより、石英製炉心管を用いた際の高温での失透に
より生じうる問題を解決し、高純度の被加熱物の処理に
際して安定した運転を可能とするものである。

【００１５】なお、本発明における被加熱物としては、
回転炉により熱処理することができる粉体、粒状体であ
れば特に制限なく用いることができ、これらを本発明の
回転炉を用いて熱処理することにより、コンタミネーシ
ョンのない粉粒状の高純度材料を極めて効率よく製造す
ることができる。粉粒状の高純度材料としては上記被加
熱物を熱処理して得られるものであれば特に限定されな
いが、具体的には、例えばチタン酸バリウム系の誘電材
料、チタン酸ジルコン鉛系の圧電材料などの機能性セラ
ミック材料、石英ガラス等の高純度ガラス材料等であっ
て粉末状、粒状のものが挙げられる。

【００１６】

【実施例】次に本発明を実施例により更に具体的に説明
する。

【００１７】（実施例１）高純度石英ガラス製の炉心管
１の周方向に４分割されたセラミック製の支持具１０で
炉心管１が支持されている。この支持具１０は、１個に
つき２本の支持棒１２で支持され、支持部２に固定され
ている。支持具１０には、石英ガラス製炉心管の失透防
止のために高純度炭化珪素セラミックを使用した。この
支持具１０と炉心管１の間には高純度石英ガラス繊維で
作られた詰め物１１が設置されている。この詰め物は、
炉心管１の破損防止および失透防止のために設置されて
いる。詰め物１１には、不純物としてＮａ ３．５１ｐ
ｐｍ、Ｋ ４ｐｐｍ、Ｃａ１．０ｐｐｍを含む高純度石
英ガラス繊維を使用した。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、回転炉の石英ガラ
ス炉心管を高温域で固定する支持部に本発明の材質を用
いれば、高温域に於いても石英ガラス炉心管の失透や摩
耗を発生させずに安定した回転動力を伝達することがで
き、長期間の運転を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を採用した回転炉の全体構造を示す側断
面図

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図３】従来技術の炉心管支持方法を示す断面図

【図４】従来例に係わる外熱式ロータリーキルンの全体
構造を示す断面図

【図５】従来例に係わる外熱式ロータリーキルンの全体
構造を示す断面図

【符号の説明】

１ 炉心管 ２ 支持部 ３ 電気ヒータ ４ 回転伝動装置 ５ 同軸シャフト ６ チェーン ７ 電動機 ８ 分割位置 ９ 調整機構 １０ 支持具 １１ 詰め物 １２ 支持棒 １３ グランド １４ グランド押さえ ２２ 保護管 ２３ 加熱体 ２４ 入口 ２５ 出口 ２６ 被焼成物もしくは被乾燥物 ２７ 滑り止め ２８ 間隙 ２９ 間隙

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無機材料で形成された炉心管及び該炉心
   管を支持し回転力を伝達する支持部を有する回転炉であ
   って、支持部のうち炉心管と直接もしくは間接的に接触
   する部位と、炉心管との間に緩衝材を有することを特徴
   とする回転炉。
2. 【請求項２】 支持部の材質が無機材料であることを特
   徴とする請求項１記載の回転炉。
3. 【請求項３】 支持部の材質が高純度炭化珪素または高
   純度窒化珪素であることを特徴とする請求項２記載の回
   転炉。
4. 【請求項４】 緩衝材の材質が無機材料であることを特
   徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の回転炉。
5. 【請求項５】 支持部の材質が、アルカリ、アルカリ土
   類金属の総量が２００ｐｐｍ以下の高純度炭化珪素また
   は高純度窒化珪素であることを特徴とする請求項１〜４
   のいずれかに記載の回転炉。
6. 【請求項６】 緩衝材の材質が、アルカリ、アルカリ土
   類金属の総量が２００ｐｐｍ以下の高純度石英ガラスフ
   ァイバーであることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   かに記載の回転炉。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかに記載の回転炉
   を用いて被処理粉粒体を加熱することを特徴とする粉粒
   体の加熱処理方法。
8. 【請求項８】 請求項１〜６のいずれかに記載の回転炉
   を用いて被処理粉粒体を加熱することを特徴とする高純
   度粉粒体の製造方法。