JP2015003842A - ロックウールの製造方法と製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】ロックウールの製造過程において発生する未線維化物の新たな用途を開拓するとともに、その製造に要するエネルギーの削減を達成することができる製造方法と、そのための装置を提案する。
【解決手段】高炉スラグを一次電気炉で所定の温度に昇温し、所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とした後、該溶融原料を二次電気炉で所定の温度に保温し、その後、該溶融原料を製綿機へ供給して繊維化するロックウールの製造方法において、上記二次電気炉における保温材として、上記製綿機で発生した未繊維化物を、好ましくは線維状態を保持した状態に分断した後、溶融原料の上に投入することを特徴とするロックウールの製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロックウールの製造方法と製造設備に関し、具体的には、ロックウールの溶解原料を保温する電気炉の保温材として、製綿機で発生した未線維化物を用いるロックウールの製造方法と、その方法を適用した製造設備に関するものである。

近年、石綿（アスベスト）の公害問題に端を発して、その代替品としてのロックウールが注目を集めている。このロックウールは、玄武岩や安山岩等の天然のケイ酸塩鉱石を主原料とし、これをキューポラや電気炉などで溶解した後、遠心力や圧縮空気などで吹き飛ばして直径が数ミクロンの繊維とした、主成分がＳｉＯ_２とＣａＯからなる人造の鉱物繊維であり、断熱性や保温性、耐火性、吸音性等に優れていることから、建築物や工業施設、工業装置等の分野で広く用いられている。

ところで、高炉から排出される高炉スラグは、従来、水砕処理してセメント原料や、コンクリート用骨材、地盤改良材等として再利用していたが、近年では、組成的に上記ケイ酸塩鉱石に近似していることから、ロックウールの主原料として用いられるようになってきている。

上記高炉スラグを原料としたロックウールの製造方法は、省エネルギーの観点から、ロックウール製造設備を高炉に近接して設置し、高炉から排出される高炉スラグを冷却することなく、溶融したままロックウール製造設備に搬送し、珪石などの副原料を加えて所定の成分組成に調整してから、製綿化する方法が一般的である。例えば、特許文献１には、２基のロックウール製造用電気炉を並設し、原料装入・溶解・成分調整・温度調整工程と、保温・出湯工程をそれぞれ２基の電気炉で交互に繰り返しながら溶融原料を下工程（製綿機）に連続して供給する方法が、また、特許文献２には、２つの電気炉を連結して使用し、１つの電気炉で溶融高炉スラグの溶解、成分調整してから、他の電気炉で温度調整し、その後、溶融原料を製綿機で製綿化する方法が開示されている。

上記ロックウールの製造方法においては、製綿機として遠心力を利用したスピナーを使用するのが一般的である。このスピナーでは、電気炉で溶解した高炉スラグを回転するホイールの円周面上に滴下し、ホイールの遠心力によって溶融した高炉スラグを飛ばして繊維化している。しかしながら、上記製綿プロセスにおいては、繊維（フィラメント）の生長が不十分に終って製品となり得ないものや、繊維の先端部分が球状のまま残った、いわゆるショットなどと称される未繊維化物（ウェイスト）の発生が避けられない。上記フィラメントやショット等の未繊維化物は、製綿機で発生する他、繊維化したロックウールを混練して製品に仕上げるトロンメル部分でも発生するため、その発生量は溶融したロックウール原料の２０％近く、極めて膨大である。

上記の繊維化物は、従来、廃棄処分されていた。しかし、未繊維化物は、繊維化したロックウールと形態が異なるだけで、成分は同じである。そこで、出願人らは、上記の点に着目し、溶融した高炉スラグに、成分調整用副原料として珪石を５００μｍ以下に微粉砕して電気炉に供給する際、上記製綿機や製品化工程で発生した未繊維化物を同時に微粉砕して電気炉に供給することで、未繊維化物を再利用すると同時に、ロックウールの製造コストを低減する技術を開発し、特許文献３に提案した。

特開平０１−０８３５３５号公報 特開昭６２−０６５９５０号公報 特許第３３４９５２５号公報

しかしながら、先述したように、未繊維化物の発生量は膨大であり、ロックウールの成分調整用の副原料として添加するだけでは、その使用量には限度があり、さらなる未繊維化物の有効利用が望まれている。また、近年、省エネルギー、特に、電気エネルギー削減に対する要求は極めて高い。

そこで、本発明の目的は、ロックウールの製造過程において発生する未線維化物の新たな用途を開拓するとともに、その製造に要するエネルギーの削減を達成することができる製造方法を提案するとともに、そのための装置を提供することにある。

発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、ロックウールの製綿機において発生する未繊維化物をロックウール製造に用いている保温用電気炉の保温材として用いることに想到した。すなわち、未繊維化物は、図１に拡大写真を示すように、未繊維化物とはいえ、そのほとんどが繊維の形態を有しているため、ロックウールの優れた特徴である断熱性や保温性は、製品となった物と比較して大きな差はない。そこで、発明者らは、上記特性に着目し、ロックウール製造に用いている電気炉、特に、ロックウール溶融原料の保温用に用いている電気炉の保温材として用いることができることを見出し、本発明を開発するに至ったものである。

すなわち、本発明は、高炉スラグを一次電気炉で所定の温度に昇温し、所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とした後、該溶融原料を二次電気炉で所定の温度に保温し、その後、該溶融原料を製綿機へ供給して繊維化するロックウールの製造方法において、上記二次電気炉における保温材として、上記製綿機で発生した未繊維化物を溶融原料の上に投入することを特徴とするロックウールの製造方法を提案する。

本発明のロックウールの製造方法は、上記未繊維化物を、繊維状態を保持した状態に寸断処理した後、電気炉に投入することを特徴とする。

また、本発明のロックウールの製造方法は、上記未繊維化物を、電気炉に配設された複数の電極の中心部に投入することを特徴とする。

また、本発明のロックウールの製造方法は、上記未繊維化物を、電気炉に配設された複数の電極の中心部以外にも投入することを特徴とする。

また、本発明のロックウールの製造方法は、上記ロックウールの電気炉への投入を、シューター、スクリューコンベア、不活性ガスによる圧送装置のいずれか１以上の手段を用いて行うことを特徴とする。

また、本発明は、高炉スラグを所定の温度に昇温し、所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とする一次電気炉と、該溶融原料を所定の温度に保温する二次電気炉と、該二次電気炉から供給された溶融原料を繊維化する製綿機と、該製綿機で繊維化した繊維を集綿する集綿室と、上記二次電気炉に保温材を供給する保温材供給設備を有するロックウールの製造設備であって、上記保温材供給設備は、前記製綿機で発生した未繊維化物を回収し、搬出する耐熱性コンベアと、該耐熱性コンベアの下流に配設され、回収した未繊維化物を電気炉行きの搬送ラインとその他行きの搬送ラインとに振り分ける分岐装置と、上記電気炉行きの搬送ラインの途中に配設され、未繊維化物を所定の大きさに寸断して保温材とする分断機と、上記電気炉行きの搬送ラインで搬送された保温材を貯蔵するホッパーと、該ホッパーから保温材を電気炉に投入する保温材投入装置を有することを特徴とするロックウール製造設備である。

本発明のロックウール製造設備における上記耐熱性コンベアは、金属製またはセラミック製の振動コンベア、メッシュコンベア、フライトコンベアおよびパイプコンベアのいずれかであることを特徴とする。

また、本発明のロックウール製造設備における上記分岐装置は、分岐コンベアまたは分岐ホッパーのいずれかであることを特徴とする。

本発明のロックウール製造設備における上記未保温材投入装置は、シューター、スクリューコンベア、不活性ガスを用いた圧送装置のいずれか１以上であることを特徴とする。

本発明によれば、ロックウール溶解用電気炉の保温材として、ロックウールの製綿時に発生した未繊維化物を用いるので、ロックウールが有する優れた断熱効果や保温効果を享受することができる。また、上記未繊維化物は、成分組成がロックウールと同じであるため、添加した保温材が溶解して消耗したとしても、ロックウールの成分変動を来たすことがないので、投入量に制限なく使用することができるので、ロックウール原料の補填にもなる。さらに、保温材に用いる未繊維化物は、製綿時に発生した直後の高温状態のものであるので、電気炉に投入した際の熱損失を最小限に抑制することができる。したがって、本発明によれば、ロックウール製造時に発生する膨大な未繊維化物を、極めて有効に再利用することができる。

ロックウール製造時に発生した未繊維化物の拡大写真である。 ロックウールの製造工程を説明する図である。 保温材の好ましい投入位置を説明する図である。 本発明の保温材供給設備の概要を説明する図である。

ロックウールの製品には、大別して繊維化したロックウールを小さな塊状とした粒状綿と、板状等とした成形品とがあるが、両者は製綿工程までは同じである。そこで、粒状綿の場合における製綿工程までを例にとって、図２に高炉スラグを主原料としてロックウールを製造する工程の概要を示した。高炉から出滓された高炉スラグ１は約１４００℃の温度を有しており、溶融状態のまま貨車等でロックウール製造設備に搬送され、取鍋を介して数回に分湯されて一次電気炉２に供給される。この一次電気炉２では、上記溶融状態の高炉スラグを１５００℃程度の温度に昇温した後、珪石やケイ砂などのＳｉＯ_２を主とする副原料３を１０００μｍ以下に微粉砕して添加し、製綿に適した所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とする。

次いで、上記成分調整した溶融原料を二次電気炉（保温炉）４に供給する。この二次電気炉４は、溶融原料の脱気を図るとともに、次工程の製綿機（スピナー）５に１５００〜１６００℃の高温で安定的に供給する役割を担うものである。次いで、上記二次電気炉４から溶融原料を出湯し、製綿機５の回転ホイール６の外周面に滴下し、遠心力によって飛ばして繊維化すると同時の、ホイールの胴長方向に高圧ガスを流して繊維化を助長する。上記のようにして繊維化したロックウール繊維７は、集綿室８に吸引して捕集し、その後、上記捕集した繊維９をさらに選別して混入した未繊維化物を除去した後、所定の製品形状、大きさに加工してロックウール製品とする。

上記ロックウールの製造工程においては、製綿機と集綿室との間や捕集した繊維を製品化する過程で、大量の未繊維化物が発生する。この未繊維化物は、成分組成が繊維化する前の溶融原料と同じである他、前述した図１に示したように、直径が数ミクロン〜数百ミクロンオーダーの生長が不十分な繊維が混在したものであり、その嵩密度は、スラグの真密度（約２６００ｋｇ／ｍ^３）の約１／３〜１／１０程度であるので、優れた断熱性や保温性を有する。

そこで、発明者らは、製綿機と集綿室との間で発生した未繊維化物を、ロックウール製造設備の二次電気炉の保温材として用いることとした。上記未繊維化物は、溶融原料を繊維化した直後のものであるので、まだ数百度の温度を有しており、二次電気炉の保温材として投入しても、昇温に要する熱エネルギーが少なくて済むだけでなく、未繊維化物が有する断熱効果や保温効果により、それ以上の熱エネルギー削減効果が得られるからである。しかも、成分組成がロックウールの溶融原料と同じであるので、溶融しても、溶融原料の成分変動を来たすことがない。

ただし、電気炉に投入する上記未繊維化物は、保温材としての機能を発現させるためには、繊維状態を維持した状態で、そのまま電気炉に投入することが望ましい。しかし、そのままでは、回収した未繊維化物を搬送したり、電気炉に投入したりすることが難しいので、完全に粉砕するのではなく、繊維状態を保持した状態の適度な大きさ、具体的には、１００ｍｍ角以下に分断してから投入するのが好ましい。

また、上記の適度の大きさに分断した未繊維化物を保温材として電気炉に投入するに当っては、電気炉の中心部、例えば、３相交流の電気炉の場合には３本の電極の中心部に投入するのが好ましい。電気炉の中心部は、最も温度が高い部分であるのに、保温材の効果を効率よく享受することができる他、中央に投入することによって周囲へ分散させ、溶融原料表面を全面にわたって覆うことが容易にできるからである。電気炉中心部への投入は、図３に示すように、電気炉の炉蓋中央部に設けられた撹拌用のカーボンランス等を挿入する開口部から投入するのが好ましい。ただし、保温材の投入位置は、中心部に限定されるものではなく、炉蓋の中心部の周囲にも投入口を複数設けて、そこからも投入するようにしてもよい。

また、電気炉への保温材の投入は、電気炉内の溶融原料表面を、常時、保温材で覆うことができれば、連続的、間欠的のいずれでもよく、また、その手段としては、一般的に用いられているシューターやスクリューコンベア、不活性ガスによる圧送装置等を用いることができ、特に制限はない。なお、中心部に投入した保温材で電気炉内の溶融原料表面を全面にわたって覆うように投入するためには、不活性ガスによる圧送装置を用いるのが好ましい。

次に、ロックウール製造設備の二次電気炉に保温材を供給する保温材供給設備について説明する。
本発明の保温材供給設備は、図４に示すように、前記製綿機で発生した未繊維化物を回収して搬出する耐熱性コンベアと、該耐熱性コンベアの下流に配設され、回収した未繊維化物を電気炉行きの搬送ラインとその他行きの搬送ラインとに振り分ける分岐装置と、上記電気炉行きの搬送ラインの途中に配設され、未繊維化物を所定の大きさに寸断して保温材とする分断機と、上記電気炉行きの搬送ラインで搬送された保温材を貯蔵するホッパーと、そのホッパーから保温材を電気炉に投入する保温材投入装置を有するものである。

製綿機の高速回転するホイールの円周面上に供給されたロックウールの溶融原料は、遠心力によって飛ばされて繊維化され、ホイールの胴長方向に噴出される高圧ガスによってさらに繊維化が助長されて直径が数ミクロンとなった繊維は、製綿機に隣接された集綿室に吸引されて捕集される。一方、繊維化が不十分に終わり製品となり得ないウェイストや、各繊維先端の球状化した部分であるショット等の未繊維化物は、比重が大きいため、集綿室に運ばれることなく下方に設置した耐熱性コンベア（振動コンベア）２１上に落下し、回収される。この落下して回収された未繊維化物は、その後、耐熱性コンベア（メッシュコンベア）２２で、その後の行き先を二次電気炉とする搬送ライン２４と、その他の場所、例えば保管場所とする搬送ライン２５とに振り分ける分岐装置２３まで搬送される。

ここで、上記コンベア２１、２２を耐熱性とする理由は、上記回収直後の未繊維化物は、凝固した直後で、まだ数百度の温度を有しているため、例えば、コンベアのベルトがゴム製である場合には、熱によってベルトが直ぐに劣化してしまうからである。上記耐熱性コンベア２１、２２としては、金属製またはセラミック製の振動コンベアやメッシュコンベア、フライトコンベア、パイプコンベアなどを好適に用いることができる。また、上記分岐装置２３は、回収した未繊維化物を２以上の行き先に振り分けることができるものであれば特に制限はないが、例えば、分岐コンベアや分岐ホッパーが好適である。

上記未繊維化物を二次電気炉に搬送する搬送ライン２４の途中には、未繊維化物を搬送したり、貯蔵したり、電気炉に投入したりするのに好適な大きさに寸断して保温材とする分断機２６が配設されていることが必要である。ここで、上記分断機における寸断は、寸断後の未繊維化物が保温材としての断熱性や保温性を保持している必要があることから、前述したように最小限に止めることが重要である。なお、上記分断機は、処理能力や耐熱性に余裕があれば、電気炉行きの搬送ラインより上流に設けてもよい。また、上記電気炉行き搬送ライン２４は、この時点では、未繊維化物は１００〜３００℃の温度に低下しているので、耐熱性である必要はないが、耐熱性としてもよいことは勿論である。

上記分断された未繊維化物すなわち保温材は、その後、上記電気炉行き搬送ライン２４によってホッパー２５に搬送され、二次電気炉に投入されるまでの間、貯留される。なお、ホッパーの貯留レベルは、常時、計測し、上記ホッパーの貯留量が所定の量を超えたときには、前述した耐熱性コンベアの下流に設けた分岐装置２３の振り分け先を、電気炉行き搬送ライン２４から、その他の場所行き搬送ライン２５に変更するのが好ましい。また、二次電気炉を複数基有する場合には、上記搬送ライン２４の出側に分岐装置を設けて、各電気炉のホッパーに保温材を振り分けるようにしてもよい。

上記ホッパーに貯留された保温材は、保温材投入装置によって連続的または間欠的に二次電気炉に投入する。上記未保温材の投入装置としては、特に制限はないが、シューター、スクリューコンベア、不活性ガスを用いた圧送装置を用いることが好ましい。なお、電気炉に供給する位置は、電気炉の中心部が最も好ましいが、上記中心部に加えてさらに周辺部に投入してもよい。また、この場合には、上記投入手段を複数用いてもよく、例えば、中心部にはスクリューコンベアを用いて、周辺部には圧送装置で投入してもよい。

図４に示した保温材供給設備を有するロックウール製造設備を用いて、二次電気炉に未線維化物を分断し、保温材として投入する実操業（発明例）を行った。上記保温材の投入は、製綿機と集綿室の間で回収した５００〜６００℃の未線維化物を分断機で１００ｍｍ角以下の大きさに寸断したものを、スクリューコンベアを用いて電気炉の中心部に投入した場合（発明例１）と、上記に加えて、投入シューターを用いて電気炉の中心部の周辺部にも投入し、溶融原料の表面を全面にわたって覆うようにした場合（発明例２）の２条件とした。

上記実操業における未線維化物の再利用率および二次電気炉の電力原単位を、保温材を投入しない実操業（比較例）と対比して表１に示した。
ここで、上記再利用率は、発生した未線維化物に対する、再利用された未線維化物の質量比（％）とした。なお、比較例、発明例とも、未線維化物を副原料の一部としてケイ砂に含ませて微粉砕し、一次電気炉に供給した。また、電力原単位は、従来の比較例を１００としたときの相対比（％）とした。

表１の結果から、本発明の適用により、従来、再利用されない未線維化物を有効活用できるようになる他、二次電気炉の電力原単位を大幅に低減できることがわかる。

１：高炉スラグ ２：一次電気炉
２ａ：電極 ３：副原料
４：二次電気炉 ４ａ：電極
４ｂ：電気炉蓋 ４ｃ：保温材投入口
４ｄ：一次電気炉からの受湯口 ５：製綿機（スピナー）
６：ホイール ７：ロックウール繊維
８：集綿室 ９：ロックウール綿
１０：ピッカー １１：保温材投入装置
２１：耐熱性コンベア（振動コンベア） ２２：耐熱性コンベア（メッシュコンベア）
２３：分岐装置 ２４：電気炉行きコンベア
２５：電気炉以外行きコンベア ２６：分断機
２７：ホッパー

Claims (9)

1. 高炉スラグを一次電気炉で所定の温度に昇温し、所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とした後、該溶融原料を二次電気炉で所定の温度に保温し、その後、該溶融原料を製綿機へ供給して繊維化するロックウールの製造方法において、
   上記二次電気炉における保温材として、上記製綿機で発生した未繊維化物を溶融原料の上に投入することを特徴とするロックウールの製造方法。
2. 上記未繊維化物を、繊維状態を保持した状態に寸断処理した後、電気炉に投入することを特徴とする請求項１に記載のロックウールの製造方法。
3. 上記未繊維化物を、電気炉に配設された複数の電極の中心部に投入することを特徴とする請求項１または２に記載のロックウールの製造方法。
4. 上記未繊維化物を、電気炉に配設された複数の電極の中心部以外にも投入することを特徴とする請求項３に記載のロックウールの製造方法。
5. 上記ロックウールの電気炉への投入を、シューター、スクリューコンベア、不活性ガスによる圧送装置のいずれか１以上の手段を用いて行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロックウールの製造方法。
6. 高炉スラグを所定の温度に昇温し、所定の成分組成に調整してロックウールの溶融原料とする一次電気炉と、
   該溶融原料を所定の温度に保温する二次電気炉と、
   該二次電気炉から供給された溶融原料を繊維化する製綿機と、
   該製綿機で繊維化した繊維を集綿する集綿室と、
   上記二次電気炉に保温材を供給する保温材供給設備を有するロックウールの製造設備であって、
   上記保温材供給設備は、
   前記製綿機で発生した未繊維化物を回収し、搬出する耐熱性コンベアと、
   該耐熱性コンベアの下流に配設され、回収した未繊維化物を電気炉行きの搬送ラインとその他行きの搬送ラインとに振り分ける分岐装置と、
   上記電気炉行きの搬送ラインの途中に配設され、未繊維化物を所定の大きさに寸断して保温材とする分断機と、
   上記電気炉行きの搬送ラインで搬送された保温材を貯蔵するホッパーと、
   該ホッパーから保温材を電気炉に投入する保温材投入装置を有することを特徴とするロックウール製造設備。
7. 上記耐熱性コンベアは、金属製またはセラミック製の振動コンベア、メッシュコンベア、フライトコンベアおよびパイプコンベアのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載のロックウール製造設備。
8. 上記分岐装置は、分岐コンベアまたは分岐ホッパーのいずれかであることを特徴とする請求項６または７に記載のロックウール製造設備。
9. 上記未保温材投入装置は、シューター、スクリューコンベア、不活性ガスを用いた圧送装置のいずれか１以上であることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のロックウール製造設備。