JPS6022274B2 - 粉粒体の連続気流焼成炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は粉粒体を気流中で連続的に加熱焼成する空塔構
造の竪形炉に関するものである。

従来から人工軽量骨材の焼成、石灰石、ドロマィトの焼
成等の粉粒体の加熱焼成に用いる種々の竪形炉が開発さ
れ提案されている。

本発明者等は、人工軽量骨材をロータリーキルンにより
焼成する場合は、その孫成物の融着防止、炉の伝熱機糠
、熱経済等の点で問題があることに鑑みて、伝熱速度が
大きくかつ焼成物の融着を防ぎやすく、かつ炉の焼成処
理能力が優れさらに５肋以下の細粒でも比重のより軽い
軽量骨材が得られる「竪形炉による粉粒体の連続気流焼
成方法」（特豚昭５５−７５５２２号，、以下「先瀬万
法」という）を先に提案した。本発明はこの先願方法に
用いる空塔構造の竪形炉に関するものである。

従釆の粉粒体の気流焼成に用いる竪形炉としては、‘１
｝特公昭４９−４８０７６号の如く炉の下部に燃焼室お
よび炉内に旋回上昇熱ガス流を生ぜしめるスリット等を
有する空塔機造の竪形炉であって、焼成物を炉の下部か
ら排出し、回分式で操作するもの、■侍関昭５３一１２
１８０７号に用いる炉の如く、炉内下部に上昇気流を整
流する多孔板を具備し、焼成物を連続的に溢流排出する
構造の竪形炉、【３｝炉内に上昇気流の整流板を複数ケ
設け焼成物を順次下段に溢流落下せしめ炉底部に隣成物
の堆積層を形成して排出する構造のもの、｛４１特閑昭
５４−６８７９６号のように炉の下部中央にガスジェッ
ト流の噴出ノズルとその周辺に逆円錐形状の多孔板を設
けて上昇気流を生ぜしめ、焼成物は溢流排出する構造の
竪形炉、‘５｝炉内に多孔整流板を設けない炉で、焼成
物を順次炉下部に落下せしめ、炉底部に焼成物の堆積層
を形成して排出する空塔穣造の竪形炉である。そしてこ
れらの従来技術は炉内において燃焼ガス等の上昇気流に
より粉粒体の流動層、噴流魔ｔ改良噴流層〜旋回噴流層
ト充填移動層等を形成して加熱焼成する技術であるが、
いずれの竪形炉を用いても｛ィ｝焼成物の融着防止に満
足な条件は得られない「‘。｝何れも炉の機構上排ガス
は焼成温度と略同一温度またはそれ以上の高温度で排出
されるので熱効率が悪い、し一炉の焼成処理能力（炉の
内容鏡当りの斑出量）の点で大きく改良の余地があるこ
とがわかった。本発明者等は上記の議題を達成せんとし
て研究を重ねた結果、‘１｝炉内に粉粒体と上昇気流と
の混合層を形成して粉粒体を加熱焼成する場合は、上昇
気流の流速の速いところと遅いところの生ずる形状構造
の炉を用いれば遅いところでは粉粒体の濃度が濃く遠い
ところでは薄い混合層が形成されかっこの二つの混合層
を上下に連続して形成せしめるような形状の炉を用いて
焼成すれば上下の混合層において上昇気流のガス温度、
材料（粉粒体）の温度に勾配が生ずること、■希薄な混
合層を最高温度帯として焼成し、かつ焼成物はこの最高
温度帯を通って炉の底部に堆積させないで上昇気流に懸
垂・浮遊させながら炉の底部より炉外に排出せしめ得る
構造の炉を用いることにより炉内温度の調節並びに焼成
物の鷲虫着防止が容易となり炉の熱効率の向上、そして
炉の内容鏡当りの鱗出能力の向上が図れることを知見し
た。

本発明はこれらの知見に基づくものであって、本発明に
よれば、炉内または炉壁に気流を通過せしめる多孔部を
具備しないで、かつ空塔構造の竪形炉において、上部に
粉粒体送入口と沈降室を有し、その沈降室の直下部に下
に向って横断面積が減少する形状の炉体であり、この炉
体の投下部に焼成物排出口並びに燃料等の送入口を設け
、かつ炉壁に燃料等の送入口を設けてある。

本発明の実施に際して、沈降室の直下部の炉体を逆円錐
形状部と直筒部１個とで構成することができる。

また沈降室の直下部の炉体を逆円錐形状部のみで構成す
ることができる。さらに沈降室の直下部の炉体を直節部
１個と逆円錐形状部とで構成することができる。本発明
による気流焼成炉は、軽量骨材のように高温において雛
着しやすい粉粒体の焼成をするために用いることを目的
とするものであるが、同時に熱効率、炉の内容鏡当りの
齢出能力の向上をも目的とするものであって石灰石、ド
ロマイト等の粉粒体の焼成にも用いることができる。

本発明における粉粒体と上昇気流との混合層とは空塔礎
造の竪形炉における粉粒体と上昇気流との接する層のう
ち粉粒体の充填層および単なる沈降層を除くものであっ
て「粉粒体が上昇気流によって流動層、噴流層などを形
成し粉粒体が浮遊、循環などをする層をいう。

本発明による空塔構造の竪形気流焼成炉の具体例は第１
〜３図に示すものであるが、図において川ま空塔構造の
竪形気流焼成炉であって、２は燃焼ガス排出口、３は粉
粒体送入口、１３は沈降室、８は炉の下部から上方に向
けて焼成用燃料「空気および（又は）燃焼ガス（以下燃
料等という）を送入する口である。

４‘ま逆円錐形状部、５および７は道筒部である。

そしてこの直筒部は横断面が円形に限らず多角形でもよ
く「逆円錐形状部は逆角錐形状でもよい。従って炉の下
部からの上昇気流は、ｍ第１図の炉形では直筒部におい
て流速が速く逆円錐形状部で遅くなる、｛２｝第２図の
炉形においては逆円錐形状部の下方において速く上方に
おいて遅くなる、また‘３’第３図の炉形では逆円錐形
状部の下方において速く直筒部において遅くなる。換言
すれば、炉体の直筒部５，７や逆円錐形状部４の横断面
積の広いところでは上昇気流の流速が遅く、狭いところ
では早くなる。そして前述の如く、本発明者らの知見に
よれば、このような形状の炉体内で上昇気流と粉粒体と
の混合層を形成せしめるときは「上昇気流の流速の遅い
ところでは粉粒体の濃度の大きな混合層１１（以下濃厚
混合層という）が、流速の早いところでは粉粒体の濃度
の小な混合層１２（以下稀薄混合層という）が上下に形
成されることが判明した。そしてさらに本発明において
は、後述のように稀薄混合層１２の下部つまり炉の底部
から焼成物を排出するので、炉内に一定量づつ送入され
る粉粒体原料が混合膚１２まで降下しても「その全量が
混合層１１まで上昇気流によって吹きもどされて循環・
流動をくり返すものではなく、稀薄混合層１２を通過し
たものが、常時一定量づつ排出される。従って、このこ
とと前述の濃厚・稀薄の届の分化作用とが相俊つて、混
合層１１と１２とでは、加熱焼成時の定常状態において
も、粉粒体の滞留量、すなわち粉粒体の浮遊・循環・流
動する量に差を生じ、上下層全体として不完全混合層と
なる。

一般に前記袴関昭５３一１２１８０７号および持開昭鼠
一郎７９６号等の混合層においては肩全体として粉粒体
は完全混合、全層温度均一を特徴とする。一方本発明に
よる炉を用いて焼成すれば、今混合層１２が加熱中心（
加熱・焼成、軽量骨材発泡の最高温度帯）とすれば混合
層１１と１２では前述のとおり粉粒体が不完全混合であ
って滞留量に差があり「また流速に差があるため伝熱量
の差を生じ温度差を生ずる。すなわち混合層１１と１２
とでは連続一体に形成される混合層でありながら炉の高
さ方向に低局の温度勾配を生じて定常状態を形成する、
その結果混合層から排出するガスの温度が低下し燃料の
消費量が減少する。次に本発明の炉による焼成物の暁む
らの軽減と炉の燐出し能力について説明する。一般に前
述の特関昭母−１２１８０７号等の如く、混合層が単一
層である場合は、暦内の粉粒体は均一で完全混合層を形
成し、かつ焼成物の排出が溢流排出であるため、炉内に
供給された粉粒体原料の個々の粒子がただちに排出され
るかまたは一定時間以上炉内に滞留し充分焼成されてか
ら排出されるかは、もっぱら確率によるため、焼成物の
暁むらをなくすためには粉粒体の炉内滞留時間を長くす
る必要があるとされている（例えば白井隆著「流動層」
昭和５２王発行、１４６〜１４８頁、１７６〜１７７頁
参照）。

これに対して本発明の炉によれば、上述のように上下層
に分かれ、届全体として不完全混合層であって、かつ筋
成物は様高温度帯である稀薄混合層１２を通過した後に
炉体の底部から排出される。従って炉内に送入された粉
粒体原料は炉内の全層（前述した温度の低い混合層１１
と温度の高い混合層１２）を通過し、全体としてピスト
ンフローの効果つまり押し出し流れの現象が付加されて
炉底から排出されることになる。

この結果粉粒体が炉内に送入されてから排出されるまで
の炉内滞留時間が比較的少なくても、必ず最高温度帯を
通過して緋出されるために、充分に焼成されやすく、焼
成物の鱗むらが軽減される。

そして、さらに本発明によれば、混合届１２においては
従来の単一層に比べ上昇気流の流速が速く、ガス（上昇
気流）と粉粒体との伝熱効果が大であることと上述の炉
内滞留時間が少なくてすむことにより、後述の実施例の
ように炉の内容積当りの焼成能力が向上する。

つぎに本発明の炉においては、炉の上部に直筒部または
逆円錐形状部より直径の大きな沈降室を設けかつ従釆技
術に比べ流速の速い上昇気流中で混合層を形成して焼成
するので全体として粉粒体０の滞留量が希薄である上、
その中でも混合層１２はさらに流速が速く粉粒体が希薄
であって蝿梓効果が大であるため焼成物の鷲虫着現象を
軽減することができる。

その結果融着額向の強い粉粒体でも藤着防止材を使用し
ないで比較的高温処理により夕焼成・発泡が可能であり
、比重のより軽い軽重骨材を得ることができる。また炉
の機造上浮遊状態でかつ急激に加熱することができるの
で、造粒物を晩成原料とする場合には、ロータリーキル
ンによる焼成の際に必要な程の強度がないものでも造０
粒物の表面が短時間に競結され破壊粉化することなく使
用することができる。本発明の竪形炉の逆円錐形状部４
および１０の上方への開き角度は６０ｏ以下にすること
が必要である。これ以上では粉粒体が逆円錐形状部の内
壁に堆積または停滞し敵ク着の原因となるからである。
第１図〜３図において６ａ〜６ｄは側壁における燃料等
の送入口であって、前述の温度勾配の形成そして最高温
度および排出部炉内圧の調節などに用いるバーナーなど
である。

そしてこの送入口０は第１〜３図に示した位置に限られ
るものではない。つぎに第１〜３図における９は焼成物
排出口であるが、本発明に係る炉を用いて粉粒体を隣成
する場合に、粉粒体送入口３から供給された粉粒体夕が
混合層に滞留した後に落下し炉底部の排出口９から排出
される作用について説明する。

粉粒体送入口３から混合層１ １に供給される粉粒体は
混合層１１および１２内において流動、循環、浮遊しな
がら滞留して焼成されるが、本発明による炉に０おし・
ては上部に沈降室１３を設けるため上昇気流によって搬
送される一部の粉粒体は混合層に降下して滞留する（粉
粒体の粒蓬分布中上昇気流の終端速度Ｕｔを越える極く
微細な粉体は上昇気流によって燃焼ガス排出口２から炉
外に搬送される）、そして粉粒体の送入によって混合層
における上昇気流の圧力損失と滞留量のバランスすなわ
ち次式で表わされるバランスをくずした分だけ降下して
炉の底部９から炉外Ｗ（滞留ｇ）＝△Ｐ（混合層差圧）
×Ａ（炉断面積）に排出される。

この結果本発明の炉による鱗成では粉粒体原料の蓮続送
入、焼成物の連続排出をすることができる。そして本発
明による炉を用いての焼成では混合層における上昇気流
の平均流速が粉粒体の流動開始速度（Ｕｍｆ）以上で操
作され、かつ競成物が溢流排出ではなく混合層を降下し
て炉の底部からの排出が可能なのは、本発明者等の知見
によれば上述の圧力損失と滞留量のバランスのくずれ並
びに炉中心部と炉周壁部との上昇気流の流速の差による
ものと推定される。第１〜３図において８は、炉の下部
から上方に向けて燃料等を送入する口であって「前記混
合層を支える上昇気流として、かつ混合層Ｌ１２の温度
調節並びに混合層から降下する焼成物を推積せしめない
で浮遊させながら排出させるために必要である。

本発明に係る炉によれば‘１｝濃厚混合層と稀薄混合層
とを上下に連続して形成せしめて温度勾配を設けて焼成
すること、‘２｝従来の多段流動層の如く分割して多段
に設けるのではなく連続一体にしていること〜‘３｝粉
粒体は全体としてピストンフローであって上昇気流との
関係で全体として向流であること、【４ー焼成物が溢流
排出ではなく落下排出で炉の最高ガス温度帯を通って炉
の底部から直接排出する構造であること、（５’炉の上
部に沈降室を設けることなどの要因が作用しあって‘ィ
｝炉温その他炉況の安定化がしやすい、（ｏ雌径５側以
下の細粒でも融着防止材を使用しないで焼成することが
できる（一般に軽量骨材の焼成においては、粉粒体の粒
径が小さいほど焼成時に額着しやすい。

しかし本発明によれば、最高温度帯の混合層１２におい
て、粉粒体の滞留量が稀薄でかつ上昇気流の流速が遠い
ので、粒子がはげしい縄梓状態で浮遊‘流動しており、
その結果、粒子相互の接触確率も少なく融着し‘こくい
。）とともに比重のより軽い軽量骨材が得られる、内燃
料消費量が減小する、８炉の内容積当りの隣出能力が向
上する、そして‘ホ’焼成物の排出が溢流排出方式であ
る場合は、炉内に敵着小塊が発生した場合に排出が困難
であるのに対し本発明の場合は炉底部より直接炉外に排
出するのでたとえ融着小塊が発生した場合でも自動的に
排出されるなどその工業的実用価値は大なるものがある
。実施例 沈降室１３の内径が２００肋、直筒部７の内径が８比収
、逆円錐形状部４の上方への開き角度が２７ｏであって
、混合層１１と１２の合計の高さが約４４仇岬形成され
る竪形気流焼成炉で、側壁の燃料等送入口３ケ所、下部
の燃料等送入口８、焼成物排出口９を有する第１図と同
様の形状・構造の焼成炉を用いて軽量骨材を焼成した結
果を第１表に示す。

なお原料は貢岩の粉砕物を造粒して１．７〜２．５脇に
したものを用いた。

また焼成物は大部分を炉の下部の焼成物排出口９から排
出回収し、一部は炉上部燃焼ガス排出口２から排出され
サイクロン（図示せず）で回収した。第１表から明らか
なように本発明によれば排ガス温度（混合層１１の最上
部温度）が焼成温度（混合層１２の最高温度）よりも低
下し、炉の内容積当りの焼出量が４２７ｋｇ／〆・Ｈｒ
となる。

第１表ちなみにロータリーキルンで４０〜６０ｋｇ／〆
・比、他の流動炉では約２００ｋｇ／〆・印程度である
。

そして本発明によれば融着防止材を使用しなし、で比重
１．２５のものが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明に係る竪形気流焼成炉の概略を示す
縦断面図であって、図において２・…・・燃焼ガス排出
口、３・・・・・・粉粒体送入口、４・・・・・・逆円
錐形状部、５，７・…・・直筒部、６ａ〜６ｄ・・・・
・・側壁燃料等送入口、８・・・・・・下部燃料等送入
口、９・・・・・・焼成物排出口、１３・・・・・・沈
降室である。 多′図多と図 多う図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炉内または炉壁に気流を通過せしめる多孔部を具備
   しないで、かつ空塔構造の竪形炉において、上部に粉粒
   体送入口と沈降室を有し、その沈降室の直下部に下に向
   つて横断面積が減少する形状の炉体であり、この炉体の
   の最下部に焼成物排出口並びに燃料等の送入口を設け、
   かつ炉壁に燃料等の送入口を設けたことを特徴とする粉
   粒体の連続気流焼成炉。 ２ 沈降室の直下部の炉体が逆円錐形状部と直筒部１個
   とよりなる特許請求の範囲第１項記載の粉粒体の連続気
   流焼成炉。 ３ 沈降室の直下部の炉体が逆円錐形状部のみからなる
   特許請求の範囲第１項記載の粉粒体の連続気流焼成炉。 ４ 沈降室の直下部の炉体が直筒部１個と逆円錐形状部
   とよりなる特許請求の範囲第１項記載の粉粒体の連続気
   流焼成炉。