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ロータリーキルンは、連続プロセスで材料を高温（焼成）に上げるために使用される焼成処理装置です。ロータリーキルンを使用して生成される材料には、次のものがあります。
また、金属抽出の前に さまざまな硫化鉱石を焙焼するのにも使用されます。
動作原理
窯は水平からわずかに傾いた円筒形の容器で、縦軸を中心にゆっくりと回転します。処理原料は円筒の上端に投入されます。窯が回転すると、原料は徐々に下端に向かって下降し、ある程度の撹拌と混合を受けることがあります。高温のガスが窯に沿って流れ、処理原料と同じ方向 (並流) になることもありますが、通常は反対方向 (向流) になります。高温のガスは外部の炉で生成される場合もあれば、窯内の炎によって生成される場合もあります。このような炎は、大型のブンゼンバーナーのような働きをするバーナーパイプ (または「燃焼パイプ」) から噴射されます。この燃料には、ガス、石油、粉砕した石油コークス、または粉砕した石炭を使用できます。
工事
ロータリーキルンの基本的な構成要素は、シェル、耐火ライニング、サポートタイヤ（ライディングリング）とローラー、駆動ギア、および内部熱交換器です。
歴史
回転窯は1873年にフレデリック・ランサムによって発明されました。[1]彼は1885年から1887年にかけていくつかの特許を申請しましたが、このアイデアの実験は商業的には成功しませんでした。しかし、彼の設計は1891年以降米国で成功した窯の基礎となり、その後世界中で模倣されました。
窯殻
これは、通常 15 ～ 30 mm (0.6 ～ 1.2 インチ) の圧延軟鋼板から作られ、長さ最大 230 m (750 フィート)、直径最大 6 m (20 フィート) の円筒形に溶接されます。
直径の上限は、シェルが自重で楕円形の断面に変形し、回転中にたわむ傾向によって決まります。長さは必ずしも制限されませんが、窯が非常に長い場合は、加熱と冷却による長さの変化（通常は長さの約 0.1 ～ 0.5%）に対処することが難しくなります。
耐火ライニング
耐火ライニングの目的は、鋼鉄シェルを窯内の高温から遮断し、処理材料の腐食性から保護することです。耐火ライニングは耐火レンガまたは鋳造耐火コンクリートで構成されている場合があり、窯内の約 250 °C (482 °F) 未満のゾーンでは使用されない場合があります。選択される耐火物は、窯内の温度と処理される材料の化学的性質によって異なります。セメントなどの一部のプロセスでは、処理される材料のコーティングを耐火物の表面に維持することで耐火物の寿命が延びます。ライニングの厚さは、通常 80 ～ 300 mm (3 ～ 12 インチ) の範囲です。一般的な耐火物は、高温面と低温面の間で 1000 °C (1,800 °F) 以上の温度降下を維持することができます。鋼を損傷から守るためにはシェルの温度を約 350 °C (662 °F) 以下に維持する必要があり、耐火物の破損を示す「ホットスポット」を早期に警告するために連続赤外線スキャナーが使用されます。
タイヤとローラー
タイヤは、ライディング リングと呼ばれることもありますが、通常は 1 つの環状の鋼鉄鋳物で構成され、滑らかな円筒形の表面が機械加工されており、さまざまな「椅子」の配置によって窯のシェルに緩く取り付けられます。タイヤはシェルにぴったりとフィットする必要があり、熱移動も許容する必要があるため、設計には多少の工夫が必要です。タイヤは、同様に滑らかな円筒形の表面が機械加工されており、窯の直径の約半分の間隔で設置された 2 組の鋼鉄ローラーの上を移動します。ローラーは窯を支え、できるだけ摩擦のない回転を可能にする必要があります。適切に設計された窯は、電源が切断されると、停止する前に振り子のように何度も揺れます。一般的な 6 m × 60 m (20 フィート × 197 フィート) の窯の質量は、耐火物と原料を含めて約 1,100 t (2,400,000 ポンド) で、窯の長さに沿って間隔を空けて配置された 3 つのタイヤとローラー セットで支えられます。最長の窯には 8 セットのローラーがありますが、非常に短くて小型の窯にはローラーがないこともあります。窯は通常、0.5 ～ 2 rpm で回転します。現代のセメント工場の窯は 4 ～ 5 rpm で稼働しています。ローラーのベアリングは、大きな静荷重と活荷重に耐えることができなければならず、窯の熱とほこりの侵入から注意深く保護する必要があります。窯は斜めになっているため、サポート ローラーから外れないようにサポートも必要です。通常、タイヤの側面に接する上部と下部の「保持（またはスラスト）ローラー」が、窯がサポートローラーから外れることを防ぎます。
ドライブギア
窯は通常、窯管のより冷たい部分を囲む単一のガースギアによって回転しますが、駆動ローラーによって回転することもあります。ギアはギアトレインを介して可変速電気モーターに接続されています。大きな偏心負荷で窯を始動するには、このモーターに高い始動トルクが必要です。6 m × 60 m (20 フィート × 197 フィート) の窯を 3 rpm で回転させるには、約 800 kW が必要です。窯を通る材料の流れの速度は回転速度に比例するため、これを制御するには可変速ドライブが必要です。ローラーを介して駆動する場合、油圧ドライブを使用できます。これには、非常に高いトルクを発生できるという利点があります。多くのプロセスでは、駆動電源が失われた場合に高温の窯を静止させたままにしておくのは危険です。窯の上部と下部の温度差により窯が歪んだり、耐火物が損傷したりする可能性があります。したがって、通常は停電時に使用するための補助ドライブを用意します。これは、独立した電源を備えた小型の電気モーター、またはディーゼル エンジンです。これにより、窯は非常にゆっくりと回転しますが、損傷を防ぐには十分です。
内部熱交換器
ロータリー キルンでの熱交換は、効率の順に伝導、対流、輻射で行われます。低温プロセスや、予熱器のない長いキルンの低温部分では、ガスと原料の間の熱交換を促進するために、キルンに内部熱交換器が備え付けられていることがよくあります。これらの熱交換器は、原料をガス流に流し込むスクープまたは「リフター」で構成されている場合もあれば、キルンの上部で加熱され、キルンの回転時に原料表面の下に沈むときに原料に熱を伝える金属製のインサートである場合もあります。後者は、リフターによって過剰な粉塵が付着する場所で好まれます。最も一般的な熱交換器は、ガス流を横切るカーテン状のチェーンで構成されています。
その他の装備
窯は、下端で材料出口フードに接続され、廃ガス用のダクトに接続されます。このため、窯の両端で気密シールが必要です。排気ガスは廃棄されるか、予熱器に入り、そこで入ってくる原料とさらに熱交換されます。排気端にあるファンによって、ガスは窯と、装備されている場合は予熱器に引き込まれます。圧力降下が大きい予熱器の設備では、かなりのファンの電力が必要になることがあり、ファンの駆動力が窯システムで最大の駆動力になることがよくあります。排気ガスには粉塵が含まれ、二酸化硫黄や塩化水素などの望ましくない成分が含まれている場合があります。大気中に放出される前に、ガス流からこれらを除去する装置が設置されています。
プロセスによる違い
DRI製造に使用される窯
参照
引用
- ^ ミシガンテクニック。UM図書館。1900年。pp.3–。
- ^ グゼラ、ヨルグ;スターム、ピーター。クルーガー、ヨアヒム。ロイター、マルクス A.ケーグラー、カリーナ。プロブスト、トーマス (2005)。 「冶金炉」(PDF)。ジョン・ワイリー＆サンズ。 p. 7.
- ^ イルメナイトおよび鉄砂の場合：サイズは 0.05 ～ 0.5 mm です。
一般的な引用元と参考文献
- RH Perry、CH Chilton、CW Green（編）、Perry's Chemical Engineers' Handbook（第7版）、McGraw-Hill（1997）、セクション12.56-12.60、23.60、ISBN 978-0-07-049841-9。
- KE Peray、「The Rotary Cement Kiln」、CHS Press (1998)、ISBN 978-0-8206-0367-4。
- Boateng, Akwasi、「ロータリー窯：輸送現象と輸送プロセス」アムステルダム、ボストン：Elsevier/Butterworth-Heinemann（2008）、ISBN 978-0-7506-7877-3。
外部リンク
ウィキメディア・コモンズのロータリー窯に関連するメディア