JP2006182638A - セメントクリンカおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼成工程の以前に、セメントクリンカの液相の温度より高い融点を有し、かつエーライトの結晶核となる物質をセメント原料および調合原料の少なくとも1つに混入する。混入する物質としては、例えば耐火レンガの微粉、普通ポルトランドセメントクリンカの粒子、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉、早強ポルトランドセメント、生石灰微粉などである。これにより、エーライトの生成が低温から促進される。その結果、高品質のクリンカを小さい焼成熱量原単位で焼成でき、しかもセメントの品質を低下させず、プレヒータのコーチング量の減少や耐火レンガの寿命の延長に資する。
Description
(1) の方法は、アルミナ、鉄、硫黄などの含有量を変更し、焼成時の液相量を増やし、比較的低温でもクリンカが生成し易くなるようにした方法である。
(2) の方法は、焼成反応を促進させる螢石(フッ化カルシウム)などのフラックスをセメント原料に添加する方法である。
著者;H.F.W.Taylor、刊行物名;Cement Chemistry、発行国;英国、発行所;ACADEMIC PRESS LIMITED、発行年月日;1990年、頁数;(1) 調合原料の主要化学組成を変更する方法については80頁、(2) フラックスを使用する方法については93頁。
すなわち、(1) 調合原料の主要化学組成を大きく変更する方法では、汎用のポルトランドセメントとは異なる鉱物組成のクリンカが生成される。そのため、製造されたセメントを使用し、コンクリートまたはモルタルを作製したとき、これらのものは特異な流動性状および強度発現性を示すことになる。その結果、セメントの用途が限定され、これを広範囲に実用に供することはできなかった。
また、(2) フラックスを利用する方法では、フラックスの成分元素(例えばフッ素)がキルン内で揮発し、これがキルンやプレヒータの内壁に付着してコーチングトラブルを発生させたり、フラックス成分の影響で特異な物性のセメントが製造されることがあった。これらは、フラックスの添加量が増加するほど顕著になった。
この発明は、セメントの主要化学組成および鉱物組成を大きく変更することなく、しかも品質を低下させず、プレヒータのコーチング量の減少や耐火レンガの寿命の延長に有効でありながら、焼成熱量の低減化を図ることができるセメントクリンカおよびその製造方法を提供することを目的としている。
結晶の成長は、何もない環境相から結晶の芽が生じる核生成と、核生成後の定常的な結晶成長との2つの素過程よりなる。また、核生成は、成長する物質自身が核になる自然核生成と、異物質が核になる不均一核生成との2つに分類される。成長する結晶と同じ結晶であっても、この発明の場合のように、成長する環境相の外部から添加し、それを核として成長する際には、不均一核生成の範疇に含まれるものである。
焼成工程では、調合原料がクリンカ焼成設備の主要機器であるキルンに投入され、その後、キルン内を徐々に下流に移動しながら、焼成帯で1450℃程度まで加熱される。その途中、調合原料は乾燥、脱水、分解などの過程を経ながら、焼成帯の近傍で調合原料中のライム(酸化カルシウム)、シリカ、アルミナなどが互いに再結合し、クリンカ組成化合物が生成される。その過程で液相が生成する。液相の生成温度(以下、液相温度)は1200〜1300℃付近である。
生成の核となる物質の粒径は、小さい方が好ましい。例えば5μm以下である。
また、生成の核となる物質または核含有物質は、焼成工程でセメントクリンカ焼成設備の所定箇所(1箇所または複数箇所)に投入してもよい。具体的には、プレヒータ、仮焼炉、ロータリーキルンなどが挙げられる。ロータリーキルンに物質が投入される箇所は、焼成中のロータリーキルンの液相生成域またはそれより低温側が望ましい。具体的な投入口は、ロータリーキルンの窯尻、窯前である。
生成の核となる物質の混入量は限定されない。例えば、調合原料100重量部に対して5重量部以下である。また、核含有物の混入量は限定されない。例えば、生成の核となる物質換算で、調合原料100重量部に対して5重量部以下である。
核含有物としては、例えばセメントクリンカ、セメント、生石灰、耐火レンガの微粉末などを採用することができる。その場合、核含有物中において、エーライトの生成の核となる物質の成分比は限定されない。
生成の核となる物質の混入量は、調合原料100重量部に対して5重量部以下である。5重量部を超えると、物質の種類によっては、セメントクリンカの品質が低下する。生成の核となる物質の好ましい混入量は、0.05〜1.0重量部である。この範囲であれば、セメントクリンカの焼成熱量のさらなる減少とフリーライムの減少などによる品質向上という、より好適な効果が得られる。
生成の核となる物質は、セメントクリンカでもよいし、セメントでもよい。さらには、セメントクリンカとセメントとの両方を混合したものでもよい。その際の混合割合は、例えば5:95〜50:50である。
セメントの種類は限定されない。例えば、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメントなどの各種のポルトランドセメントが挙げられる。セメントクリンカとしては、これらのセメント(各種のポルトランドセメント)の原料となるセメントクリンカを採用することができる。特に、エーライト量が多い早強ポルトランドセメントまたはそれ用のセメントクリンカが好ましい。
生成の核となる物質の粒径が5mmを超えると、物質の種類によっては、セメントクリンカの品質が低下する。物質の好ましい粒径は、0.01mm以下である。この範囲であれば、セメントクリンカの焼成熱量のさらなる減少と品質向上という、より好適な効果が得られる。
1.使用材料
1)耐火レンガ;スピネルレンガ
2)セメント調合原料;石灰石、粘土、珪石、鉄原料(重量比で、78:15:5:2)
3)普通および早強ポルトランドセメントクリンカの微粉;三菱マテリアル株式会社製
4)普通および早強ポルトランドセメント;三菱マテリアル株式会社製
(1) フリーライム
セメント協会標準試験方法「遊離カルシウムの定量方法」による。すなわち、試料をグリセリンとアルコールとの混合溶媒とともに煮沸してカルシウムを溶出させ、酢酸アンモニウムのアルコール溶液により滴定する。
(2) クリンカー焼成熱量原単位
セメントクリンカの焼成に必要な1時間当たりの燃料の発熱量(単位kcal/h)を、1時間当たりのクリンカ製造量(単位t/h)で除した値である。燃料の発熱量は、1時間当たりの燃料使用量にその低発熱量を乗じて求める。
融点が1800℃程度の耐火レンガの微粉(粒径149μm以下)を、原料工程で、普通ポルトランドセメントの調合原料(粒径210μm以下)に、このセメント調合原料を100重量部としたとき、0.2重量部混入した。これを、ロータリーキルンに投入し、1450℃程度で焼成した。焼成時の最高加熱温度は、1500℃(耐火レンガの微粉の未添加時の最高加熱温度1500℃)である。耐火レンガの組成は、SiO2:0.3%、Al2O3:17.1%、Fe2O3:3.0%、CaO:0.5%、MgO:79.1%である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を表1に示す。ここでは、耐火レンガの微粉を投入したものを試験例1とし、未投入のものを比較例1とした。
セメントクリンカクーラの電気集塵機により、普通ポルトランドセメントクリンカの粒子(粒径は5mm以下)を集塵し、これを窯前から専用の吹き込み設備によりロータリーキルン内に、キルン軸方向に向かって、セメントクリンカ1t当たり8kg投入した。ロータリーキルン内では、普通ポルトランドセメントクリンカを1450℃程度で焼成中とする。焼成時の最高加熱温度は、約1500℃(普通ポルトランドセメントクリンカの粒子の未投入時の最高加熱温度は約1550℃)である。普通ポルトランドセメントの微粉末の融点は1700℃程度である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、普通ポルトランドセメントクリンカの粒子を投入したものを試験例2とし、未投入のものを比較例2とした。
ロータリーキルン内に、窯尻から専用のバーナによりキルン軸方向に向かって、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉(ブレーン値3500cm2/g)を、セメントクリンカ1t当たり10kg投入した。ロータリーキルン内では、普通ポルトランドセメントクリンカを1450℃程度で焼成中である。早強ポルトランドセメントクリンカの微粉末の融点は1700℃程度である。焼成時の最高加熱温度は、約1500℃(早強ポルトランドセメントクリンカの微粉の未投入時の最高加熱温度は約1550℃)である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉を投入したものを試験例3とし、未投入のものを比較例3とした。
その結果、得られた普通ポルトランドセメントクリンカの主要鉱物組成がこのセメントクリンカの微粉の未投入時と略同じとなる。しかしながら、ロータリーキルンを一週間運転したときの普通ポルトランドセメントクリンカ中のフリーライムの平均含有率は、0.4%と0.2%減少した。しかも、セメントクリンカ焼成熱量原単位は、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉を未投入のときの658kcal/tから641kcal/tへと約3%低下した。
ロータリーキルン内に、窯前から微粉炭バーナにより、早強ポルトランドセメント(ブレーン値4300cm2/g)を微粉炭に混ぜて、セメントクリンカ1t当たり20kgをキルン軸方向に向かって投入した。ロータリーキルン内では、早強ポルトランドセメントクリカを1500℃程度で焼成中である。早強ポルトランドセメントの微粉末の融点は1700℃程度である。焼成時の最高加熱温度は、約1550℃(早強ポルトランドセメントの微粉の未投入時の最高加熱温度は約1600℃)である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉末を投入したものを試験例4とし、未投入のものを比較例4とした。
その結果、得られた早強ポルトランドセメントクリンカの主要鉱物組成は、この早強ポルトランドセメントを未投入の場合と略同じとなる。しかしながら、ロータリーキルンを一週間運転した際の早強ポルトランドセメントクリカ中のフリーライムの平均含有率は、0.5%とほとんど変わらないか若干減少した。しかも、セメントクリンカ焼成熱量原単位は、早強ポルトランドセメントの微粉を未投入のときの655kcal/tから631kcal/tへと約4%低下した。
普通ポルトランドセメントクリンカを焼成中のロータリーキルンの仮焼炉に、吹き込み用パイプを用いて、融点が1700℃程度の早強ポルトランドセメントクリンカの微粉(ブレーン値4100cm2/g)を、セメントクリンカ1t当たり5kg投入した。焼成時の最高加熱温度は、約1500℃(早強ポルトランドセメントの微粉の未投入時の最高加熱温度は約1550℃)である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、早強ポルトランドセメントクリンカの微粉を投入したものを試験例5とし、未投入のものを比較例5とした。
ロータリーキルン内に、窯前から微粉炭バーナにより石灰石微粉(ブレーン値6100cm2/g)を微粉炭に混ぜて、セメントクリンカ1t当たり10kgをキルン軸方向へ向かって投入した。このとき、ロータリーキルン内では普通ポルトランドセメントクリンカを1450℃程度で焼成中とする。焼成時の最高加熱温度は、約1500℃(石灰石微粉の未投入時の最高加熱温度は約1550℃)である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、石灰石微粉を投入したものを試験例6とし、未投入のものを比較例6とした。
石灰石微粉(ブレーン値4500cm2/g)を可燃物(ビニール、プラスチック、樹
脂類の小片の混合物)に混合し、直径が約20cmの球状に加熱加圧して成形し、プレヒータ最下部の導管(ハウジング)から、早強ポルトランドセメントクリンカを焼成中のロータリーキルン内に投入した。石灰石微粉の投入量は、セメントクリンカ1t当たり15kgである。セメントクリンカ焼成時の最高加熱温度は、約1600℃である。得られたセメントクリンカの鉱物組成を同じく表1に示す。ここでは、石灰石微粉を投入したものを試験例7とし、未投入のものを比較例7とした。
Claims (9)
- 原料工程で混合した複数のセメント原料からなる調合原料を焼成工程で焼成して得られ、エーライトを含むセメントクリンカにおいて、
セメントクリンカ中の液相の温度より高い融点を有し、かつエーライトの生成の核となる物質または該エーライトの生成の核となる物質を含む核含有物を、前記焼成工程の以前に、セメント原料および調合原料のうち、少なくとも1つの中に混入し、その後、前記物質が混入された調合原料を焼成して得られたセメントクリンカ。 - 前記物質はセメントクリンカに含まれる物質で、
前記原料工程では、前記物質をセメント原料および調合原料のうち、少なくとも1つの中に、調合原料100重量部に対して5重量部以下の割合で混入した請求項1に記載のセメントクリンカ。 - 前記物質は、セメントクリンカまたはセメントである請求項1または請求項2に記載のセメントクリンカ。
- 前記物質の粒径は、5mm以下である請求項1〜請求項3のうち、何れか1項に記載のセメントクリンカ。
- 原料工程で混合した調合原料を焼成工程で焼成し、エーライトを含むセメントクリンカを製造するセメントクリンカの製造方法において、
前記焼成工程の以前に、セメントクリンカ中の液相の温度より高い融点で、かつエーライトの生成の核となる物質を、セメント原料および調合原料のうち、少なくとも1つに混入するセメントクリンカの製造方法。 - 前記物質はセメントクリンカに含まれた物質で、
前記原料工程では、前記物質をセメント原料および調合原料のうち、少なくとも1つの中に、調合原料100重量部に対して5重量部以下混入する請求項5に記載のセメントクリンカの製造方法。 - 前記物質は、セメントクリンカまたはセメントである請求項5または請求項6に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記物質の粒径は、5mm以下である請求項5〜請求項7のうち、何れか1項に記載のセメントクリンカの製造方法。
- 前記焼成は、プレヒータ、仮焼炉およびロータリーキルンを有したクリンカ焼成設備により行われ、
該クリンカ焼成設備における前記物質の投入位置は、前記プレヒータ、仮焼炉、ロータリーキルンの窯前または窯尻のうち、少なくとも1箇所である請求項5〜請求項8のうち、何れか1項に記載のセメントクリンカの製造方法。
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