特開 2024-47643 ロータリーキルン用ガースギア及びこれを備えたロータリーキルンの操業方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024047643

(43)【公開日】2024-04-08

(54)【発明の名称】ロータリーキルン用ガースギア及びこれを備えたロータリーキルンの操業方法

(51)【国際特許分類】

   F27B 7/26 20060101AFI20240401BHJP

   F16H 55/17 20060101ALI20240401BHJP

【ＦＩ】

F27B7/26

F16H55/17 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153248

(22)【出願日】2022-09-27

(71)【出願人】

【識別番号】000183303

【氏名又は名称】住友金属鉱山株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100136825

【弁理士】

【氏名又は名称】辻川 典範

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(72)【発明者】

【氏名】近藤 孝史

【テーマコード（参考）】

3J030

4K061

【Ｆターム（参考）】

3J030AC10

3J030BB02

3J030BB16

3J030BB18

3J030BC02

3J030BD07

4K061AA08

4K061BA12

4K061CA16

4K061DA01

4K061FA02

4K061HA07

(57)【要約】

【課題】 ガースギアを構成する２個の円弧状部材の接合部分の締結ボルトにおいて折損等の問題が生じることのないロータリーキルン用ガースギアを提供する。
【解決手段】ロータリーキルンの円筒状胴体部１の外周部に同芯軸状に設けられ、中心軸Ｏを含む面に関して二分割可能な互いに面対称の関係にある２個の円弧状部材１０Ａ、１０Ｂで構成される略円環状のガースギア４であって、２個の円弧状部材１０Ａ、１０Ｂが互いに接合する２箇所の各々には、ロータリーキルンの装入端及び排出端に向って夫々突出する２個の円柱状の突起部１２が設けられており、それらの各々は二分割可能であって且つ焼嵌めリング１３が外嵌されており、突出部１２及び焼嵌めリング１３は、それらの先端側の係合部分に全周に亘って開先用の溝部Ｇが形成されており且つ溝部Ｇにおいて互いに溶接されている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータリーキルンの円筒状胴体部の外周部に同芯軸状に設けられ、中心軸を含む面に関して二分割可能な互いに面対称の関係にある２個の円弧状部材で構成される略円環状のガースギアであって、前記２個の円弧状部材が互いに接合する２箇所の各々には、前記ロータリーキルンの装入端及び排出端に向って夫々突出する２個の円柱状の突起部が設けられており、これら２個の突起部の各々は、前記面に関して二分割可能であって且つ焼嵌めリングが外嵌されており、これら突出部及び焼嵌めリングは、それらの先端側の係合部分に全周に亘って開先用の溝部が形成されており且つ該溝部において互いに溶接されていることを特徴とするロータリーキルン用ガースギア。

【請求項2】

前記溝部は深さが３ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のロータリーキルン用ガースギア。

【請求項3】

前記突出部の先端面には、該先端面の外周部から少なくとも部分的に外側にはみ出して前記焼嵌めリングに係合する円板状又は正多角形状の板状部材が前記突出部に同芯軸状に取り付けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータリーキルン用ガースギア。

【請求項4】

請求項１に記載のガースギアを備えたロータリーキルンに、その内部雰囲気の温度よりも融点の低い物質を含む原料を装入しながら操業することを特徴とするロータリーキルンの操業方法。

【請求項5】

前記原料が亜鉛を含有する鉄系廃棄物であることを特徴とする、請求項４に記載のロータリーキルンの操業方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータリーキルン用ガースギア及び該ガースギアを備えたロータリーキルンの操業方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ロータリーキルンを用いて鉄鋼ダスト、電炉ダスト、亜鉛めっきスラッジ、キュポラダスト等の亜鉛を含有する鉄系廃棄物から還元焙焼により亜鉛を回収するウェルツキルン法が知られている。このプロセスは、鉄系廃棄物をロータリーキルンに装入することで該鉄系廃棄物に含まれる鉄酸化物や亜鉛酸化物を１０００～１５００℃程度の高温の還元雰囲気下において還元焙焼し、これにより揮発した亜鉛蒸気を冷却及び酸化して微粉末状の酸化亜鉛を生成するものである。生成された微粉末状の酸化亜鉛は、排ガスと共に該ロータリーキルンから排出されるので、粗酸化亜鉛ダストとして集塵機等において回収することができる。なお、回収された粗酸化亜鉛ダストは湿式精製工程においてハロゲン等の不純物が除去された後、乾燥加熱キルンにてカ焼されることで、亜鉛製錬の原料となる粗酸化亜鉛焼鉱が生成される。

【0003】

上記のウェルツキルン法で使用されるロータリーキルンのように、工業的規模で用いられる大型のロータリーキルンは、その円筒状胴体部のサイズが一般的に外径数メートル程度、長さ数十メートル程度にまで及ぶため、該胴体部の中心軸を水平方向から僅かに傾けた状態で回転可能に支持されているロータリーキルンを該中心軸を回転中心として回転速度０.１～２ｒｐｍ程度で安定的に回転させるため、該胴体部の外周部にガースギアと称する略円環状の歯車が同軸状に設けられている。このガースギアに噛合するピニオンギアをモーターで回転駆動させることで、該ロータリーキルンを安定的に回転することが可能になる。

【0004】

上記のように、大型のロータリーキルンにガースギアを設ける場合は、その外径はロータリーキルンの円筒状胴体部の外径よりも当然大きくなるので、ガースギアは、その中心軸を含む面に関して分割可能な互いに面対称の関係にある２個の円弧状部材で構成するのが一般的である。例えば特許文献１には、セメント工場、パルプ工場、化学工場等に使用されるロータリーキルンの外周部に複数の板バネを介して取り付けられる二分割構造のガースギアが開示されている。この特許文献１のガースギアを構成する２個の円弧状部材は、各々半円状に曲げ加工された角材の外周側に歯切り加工された噛合歯を有し、内周側に補強リブを有している。更に、概円弧状部材の両端部には方形板からなる連結部材が溶接で取り付けられている。この連結部材には、２個の円弧状部材同士を接続するときの位置決め用キーの嵌入用のキー溝が互いの当接面に設けられており、更に締結ボルトの挿通用のリーマ孔が設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０５－１７７４５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記した特許文献１のような構造のガースギアを用いることで、２個の円弧状部材同士の接合の際に正確且つ効率よく位置決めしてボルト・ナットで締結することが可能になる。しかしながら、上記のような二分割構造のガースギアは、その構成要素である２個の円弧状部材の互いの接合部分に断続的な力がかかりやすく、ロータリーキルンを長期に亘って継続して操業しているうちにこの接続部分の締結ボルトが折損する問題が生じることがあった。

【0007】

本発明は、かかる二分割構造のガースギアを備えたロータリーキルンが抱える問題点に鑑みてなされたものであり、二分割構造のガースギアを備えたロータリーキルンを長期に亘って継続して操業しても、該ガースギアを構成する２個の円弧状部材の接合部分の締結ボルトにおいて折損等の問題が生じにくいロータリーキルン用ガースギア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】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明に係るロータリーキルン用ガースギアは、ロータリーキルンの円筒状胴体部の外周部に同芯軸状に設けられ、中心軸を含む面に関して二分割可能な互いに面対称の関係にある２個の円弧状部材で構成される略円環状のガースギアであって、前記２個の円弧状部材が互いに接合する２箇所の各々には、前記ロータリーキルンの装入端及び排出端に向って夫々突出する２個の円柱状の突起部が設けられており、これら２個の突起部の各々は、前記面に関して二分割可能であって且つ焼嵌めリングが外嵌されており、これら突出部及び焼嵌めリングは、それらの先端側の係合部分に全周に亘って開先用の溝部が形成されており且つ該溝部において互いに溶接されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ロータリーキルンを長期に亘って継続して操業しても、該ロータリーキルンに設けたガースギアを構成する２個の円弧状部材の接合部分の締結ボルトにおいて折損等の問題が生じるのを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態のガースギアが設けられているロータリーキルンの模式的な側面図である。

【図2】本発明の実施形態のガースギアの斜視図である。

【図3】図２のガースギアにおける２個の円弧状部材の接合箇所の部分拡大斜視図である。

【図4】図３の２個の円弧状部材の接合箇所が離間している状態を示す斜視図である。

【図5】図３の接合箇所に設けられている円柱状の突起部及び該突起部に外嵌されている焼嵌めリングの縦断面図である。

【図6】図３の円柱状の突起部の先端面に板状部材を取り付ける状態を示す斜視図である。

【図7】図６の板状部材の取付ボルト同士を金属棒で固定している状態を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

先ず、本発明の実施形態のガースギアが好適に設けられるロータリーキルンの一具体例について、ウェルツキルン法により亜鉛を含む鉄鋼ダストから粗酸化亜鉛を生成する場合を例に挙げて図１を参照しながら説明する。この図１に示すロータリーキルンは、その本体となる円筒状の胴体部１の外周部に２個の環状レール（タイヤとも称する）２が軸方向に互いに離間して設けられており、これらに係合するローラー構造（受けローラーとも称する）３によって中心軸Ｏを水平方向から僅かに傾けた状態で回転可能に支持されている。この胴体部１の外周部のうち、これら２個の環状レール２の間に本発明の実施形態の略円環状のガースギア４が胴体部１に同芯軸状に設けられている。このガースギア４には、モーター５で回転駆動するピニオンギア６が噛合している。かかる構成により、紙面左側の装入端部に設けられている装入口７からコークス等の還元剤と共に装入された原料の鉄鋼ダストは、モーター駆動のピニオンギア６によって回転するガースギア４に伴って回転するロータリーキルンによって掻き上げられながら、重力により紙面右側の排出端部に向ってロータリーキルン内を徐々に移動する。

【0012】

このようにして、鉄鋼ダストはロータリーキルン内を移動している間に排出端部に設けられているバーナー８の燃料及びコークス等により生成される好ましくは１０００～１５００℃程度、より好ましくは１１００～１２００℃程度の高温の還元ガスの雰囲気下で還元焙焼される。この還元焙焼により揮発した亜鉛蒸気は、気相中で酸素により酸化されて微粉末状の粗酸化亜鉛になる。この粗酸化亜鉛の微粉末は、排ガスと共にロータリーキルンの装入端部からダクト９を介して排出され、図示しない電気集塵機等において粗酸化亜鉛ダストとして回収される。一方、上記の鉄鋼ダストの還元焙焼で発生する残渣は、クリンカーとしてロータリーキルンの排出端部から排出される。

【0013】

次に、上記のロータリーキルンの胴体部１の外周部に設けられる本発明の実施形態のガースギア４について詳細に説明する。本発明の実施形態のガースギア４は、図２に示すように、中心軸Ｏを含む面に関して二分割可能な互いに面対称の関係にある２個の断面が略Ｉ字形状の円弧状部材１０Ａ、１０Ｂで構成され、全体として略円環状の歯車である。ロータリーキルン用のガースギア４のサイズは、限定するものではないが、例えば外径が４０００～６０００ｍｍ程度、外径と内径の差が８００～１６００ｍｍ程度、幅が３００～５００ｍｍ程度である。なお、ガースギア４は、例えば周方向に等間隔に設けた複数の板バネ１１によってロータリーキルンの胴体部１の外周部に取り付けられている。

【0014】

上記の２個の円弧状部材１０Ａ、１０Ｂが互いに接合する２箇所の各々には、ロータリーキルンの装入端及び排出端に向って夫々突出する２個の外径１００ｍｍ程度、高さ５０ｍｍ程度の円柱状の突起部１２が設けられている。これら２個の突起部１２の各々は、前述した中心軸Ｏを含む面に関して二分割可能な互いに面対称の関係にある２個の半円柱体１２Ａ、１２Ｂで構成される。また、突起部１２とほぼ同じ高さで外径が２００ｍｍ程度であり、内径が突起部１２の外径よりも僅かに小さな焼嵌めリング１３が各突起部１２に外嵌されている。そして、図３、４に示すように、これら突起部１２及び焼嵌めリング１３は、それらの先端側の係合部分に全周に亘って開先用の溝部Ｇが形成されており、この溝部Ｇにおいて全周に亘って互いに溶接されている。

【0015】

本発明の実施形態のガースギア４は、２個の円弧状部材１０同士が接合する上記の２箇所の接合箇所の各々において、更に上記した各突起部１２を構成する２個の半円柱体１２Ａ、１２Ｂがそれぞれ設けられている互いに対向する１対のリブ１４Ａ、１４Ｂにそれぞれ設けたガースギア４の接線方向に延在するボルト孔１５Ａ、１５Ｂに、例えばＭ１０の締結ボルト１６が挿通されてナット１７で締め付けられている。これにより、ロータリーキルンを長期に亘って継続して操業しても、焼嵌めリング１３が脱落したり、その影響で締結ボルト１６が折損したりする問題を防ぐことができる。

【0016】

すなわち、２個の円弧状部材１０を接合させて１個の略円環状のガースギア４を組み立てるとき、上記の２つの半円柱体１２Ａ、１２Ｂがそれらの分割面で重なることで円柱状の突起部１２になるので、この突起部１２に加熱により膨張させた金属製の円環状部材からなる焼嵌めリング１３を嵌め込むことで、この焼嵌めリング１３がほぼ常温まで冷却されて元のサイズに収縮したときに、上記の２つの半円柱体１２Ａ、１２Ｂが相対的に動くことのないように固定できる。しかも、突起部１２及び焼嵌めリング１３を互いに溶接することで、操業しているうちに焼嵌めリング１３が緩んでその内径が突起部１２の外径より大きくなっても、容易に突起部１２から脱落しなくなる。

【0017】

上記の溶接に際して、突起部１２及び焼嵌めリング１３の両先端部側の係合部分に設ける開先用の溝部Ｇの断面形状は特に限定はなく、一般的なＶ形、レ形、Ｊ形、Ｕ形等を採用することができる。上記のレ形やＪ形の場合は、突起部１２側にのみ開先加工してもよいし、焼嵌めリング１３側にのみ開先加工してもよい。図５に示すように、上記の溝部Ｇの深さ（開先深さ）Ｄは５ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましい。この深さＤが５ｍｍ未満の場合、溶接量が少なすぎて十分な接合強度を得ることが難しくなりうる。逆にこの深さＤが１０ｍｍを超えても溶接強度はほとんで変わらず、かえって溶接量が多くなって不経済であるうえ、溶接に要する時間が長くなるので好ましくない。

【0018】

本発明の実施形態のガースギア４は、更に各突起部１２の先端面に、図６に示すように該先端面の外周部から少なくとも部分的にラジアル方向の外側にはみ出して焼嵌めリング１３の先端面に係合する板状部材２０が突起部１２に同芯軸状に取り付けられていてもよい。これにより、前述したように焼嵌めリング１３が緩んでその内径が突起部１２の外径より大きくなり、更に突起部１２と焼嵌めリング１３とを接合する溶接の強度が低下した場合でも、焼嵌めリング１３が突起部１２から脱落するのをより確実に防ぐことができる。その結果、長期に亘ってロータリーキルンを継続して操業した場合であっても、ガースギア４が操業中に２個の円弧状部材１０に分断したり、接合箇所で位置ずれを起こしたりするトラブルをより確実に防ぐことができるうえ、上記のトラブルが生じる前に焼嵌めリング１３が緩んでいる状態にあることを容易に見つけることができる。そして、かかる不具合を見つけた際には、例えば緩んだ焼嵌めリング１３を新しいものと交換する等の最小限の補修対応することができる。なお、板状部材２０は円板状でもよいし、正三角形、正方形、正六角形等の正多角形状でもよい。

【0019】

図６に示すように、板状部材２０の厚み方向に穿孔した複数の貫通孔２０ａに取付ボルト２１を挿通して突起部１２に予め設けたネジ穴１２ａにネジ込むことで板状部材２０を突起部１２に取り付ける場合は、取付ボルト２１に回り止め策を講じることが好ましい。この回り止め策としては、例えば上記の複数の取付ボルト２１の頭部と板状部材２０とを溶接で固定してもよいが、図７に示すように、取付ボルト２１の頭部同士を鉄製の棒状片２２で溶接するのが好ましい。例えば、外径１００ｍｍの突起部１２に対して、外径１２０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの円板状の板状部材２０を３本の取付ボルト２１で突起部１２に取り付ける場合は、これら取付ボルト２１の頭部同士を鉄製の棒状片２２でトライアングル状に溶接するのが好ましい。

【0020】

以上、説明したように、本発明の実施形態のロータリーキルン用ガースギアは、該ガースギアを構成する２個の円弧状部材の接合箇所にこれら２個の円弧状部材と共に二分割される円柱状の突起部を設け、この突起部に焼嵌めリングを外嵌させたうえで、これら突起部及び焼嵌めリングを互いに溶接しているため、長期に亘って継続して操業しても、上記の接合箇所でずれが生じて締結ボルトが破損する問題を防ぐことができる。

【0021】

また、ロータリーキルンの内部雰囲気の温度よりも融点の低い物質を含む原料を装入しながら操業する場合、特に、前述したウェルツキルン法により還元焙焼を行う場合は、ロータリーキルンの内部雰囲気温度よりも融点の低い物質を含む原料を当該ロータリーキルンで処理するので、該ロータリーキルンの炉内壁に付着物（ベコとも称する）が生じやすく、その結果、一定の回転速度で回転するようにロータリーキルンの運転を試みても、回転速度が急に減速したり加速したりすることがあり、ガースギアに加わる力がその都度変動することになる。

【0022】

例えば内部雰囲気温度１１００～１２００℃で操業されているロータリーキルンに装入する原料が鉄鋼ダストを含む場合、鉄鋼ダストの融点は１０００～１１００℃であるので、ロータリーキルン内の最も温度の高い領域で原料の熔解が生じ、その一部はロータリーキルンの炉内壁に付着していわゆるベコになる。このベコは操業を継続するに従って成長していく。しかも、このベコは必ずしもロータリーキルンの炉内壁に均一な厚さで付着したり成長したりする訳ではなく、炉内壁の位置によって厚さに差異が生じる。このため、前述したようにロータリーキルンを一定の回転速度で回転させるのが困難になり、急に減速したり加速したりするのでガースギアにかかる力が変動する。

【0023】

すなわち、ロータリーキルンの炉内壁にベコが不均一に付着したときのガースギアには、ベコが付着していない正常時に比べて回転しているときに円周方向に部分的により大きな負荷がかかったり、反対に部分的により小さな負荷がかかったりすることがある。このとき、上記の円柱状の突起部１２を構成する両半円柱体１２Ａ、１２Ｂに互いに離間する方向に断続的に力がかかったり、両半円柱体１２Ａ、１２Ｂの相互の接合面において断続的にせん断力がかかったりし、これにより焼嵌めリング１３が全体的に拡径したり、上記の接合面で僅かに摺動が生じたりして、最終的に焼嵌めリング１３が突起部１２から離脱するトラブルや締結ボルト１５が破断するトラブルが発生することがあった。これに対して、上記した本発明の実施形態のガースギアを用いることで、上記のトラブルの発生を大幅に抑えることが可能になる。

【符号の説明】

【0024】

１ 胴体部
２ 環状レール
３ ローラー構造
４ ガースギア
５ モーター
６ ピニオンギア
７ 装入口
８ バーナー
９ ダクト
１０Ａ、１０Ｂ 円弧状部材
１１ 板バネ
１２ 突起部
１２Ａ、１２Ｂ 半円柱体
１２ａ ネジ穴
１３ 焼嵌めリング
１４ リブ
１５Ａ、１５Ｂ ボルト孔
１６ 締結ボルト
１７ ナット
２０ 板状部材
２０ａ 貫通孔
２１ 取付ボルト
２２ 棒状片
Ｇ 溝部
Ｏ 中心軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】