JP2842933B2 - セメントの製造方法およびセメント製造装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、セメントクリンカーの冷却方法を改良し
て優れたセメントを製造し得るようにしたセメントの製
造方法とその製造装置に関する。

「従来の技術」 従来、セメントとして例えばポルトランドセメントを
製造するには、原料を粉砕しサスペンションプレヒータ
ーに供給して予熱し、さらにこれをロータリーキルンで
焼成し、その後クーラーにて得られたセメントクリンカ
ーを空気で急冷する。そして、冷却したセメントクリン
カーに石膏粉末を添加し、さらにこれをチューブミルな
どにより再度微粉砕して所望する粒度のセメントを得
る。

すなわち、このようなセメントの製造方法において
は、焼成後のセメントクリンカーを冷却する場合、上述
したごとくクーラーより単に空気を送ってこれに接触さ
せ、セメントクリンカーを急冷しているのである。

「発明が解決しようとする課題」 ところで、このようにして急冷されて得られたセメン
トクリンカーにあっては、例えばエアークエンチングク
ーラーにより冷却されて得られたセメントクリンカーの
場合、その大きさが通常、平均粒径で数10cm〜数cmとな
る。しかし、冷却後のセメントクリンカーを所望する粒
度に調整するため、これらクリンカーをチューブミルな
どに投入するには、通常一定以上（例えば数cm以下）の
粒径のものを予め粗粉砕し、一定以下の粒径に揃えなけ
ればならない。したがって、上述した方法では、チュー
ブミルなどに投入するに先立ち、冷却後のセメントクリ
ンカーを一旦粗粉砕しなければならず、製造工程が複雑
となり連続生産が困難であるといった不都合がある。

このような不都合を解決するため、チューブミルの内
部を２室に分割し、前室で粗粉砕を行い、後室で細かい
粉砕を行うといったことが行われており、連続生産につ
いては一応解決されているものの、依然工程が複雑であ
り、またこのように粉砕して得られたセメントクリンカ
ーにあっては、粉砕により角張った形状となることか
ら、粒子間の摩擦抵抗が大きくよってセメントと水とを
混練した際、流動性および充填性にやや劣るといった課
題がある。

「課題を解決するための手段」 そこでこの発明における請求項１記載のセメントの製
造方法では、噴霧ガスをノズルより噴射させ、かつこの
噴射ガスに溶融または半溶融状態のセメントクリンカー
を同伴させることによって該セメントクリンカーをノズ
ルより飛散せしめ、これにより該セメントクリンカーを
急速冷却せしめて凝固させることを上記課題を解決手段
とした。

また、請求項２記載のセメント製造装置では、ロータ
リーキルンまたは竪型窯にて溶融または半溶融した状態
のセメントクリンカーを受け、これを溶融または半溶融
状態に保持する保持炉と、この保持炉に連通して上記セ
メントクリンカーを噴出するノズルと、該ノズル内に導
かれたセメントクリンカーを同伴しこれをノズル外に噴
射せしめて飛散冷却する噴射ガスと、該噴射ガスを噴射
せしめる噴射手段とを具備してなることを上記課題の解
決手段とした。

請求項３記載のセメント製造装置では、請求項２記載
のセメント製造装置において、ノズルより噴出されたセ
メントクリンカーおよび噴射ガスを受ける貯留室と、ロ
ータリーキルンまたは竪型窯から保持炉への経路中に上
記貯留室より該貯留室中の排ガスを返送する返送路を設
けたことを上記課題の解決手段とした。

「作用」 この発明の請求項１記載のセメントの製造方法によれ
ば、溶融または半溶融状態のセメントクリンカーを、噴
霧ガスに同伴させることによってノズルより飛散し、急
速冷却せしめることによって該セメントクリンカーを球
形粉末状に凝固せしめるので、噴霧ガスの流量や流速を
制御することによって得られるセメントクリンカーを所
望する粒径（寸法）や球形度（形状）に制御することが
可能になる。

また、請求項２記載のセメント製造装置によれば、請
求項１記載の製造方法を好適に実施することができる。

さらに、請求項３記載のセメント製造装置によれば、
ノズルからセメントクリンカーとともに噴射され、これ
により溶融または半溶融状態のセメントクリンカーと接
触して高温に加熱された噴霧ガスの一部が、返送路を通
って経路中に戻されるので、溶融状態または半溶融状態
に加熱されたセメントクリンカーが、経路中で冷却され
て凝固するのが防止される。

「実施例」 第１図および第２図はこの発明における請求項２およ
び３記載の製造装置の一実施例を示す図であり、第１図
において符号１はセメント製造装置である。このセメン
ト製造装置１（以下、製造装置１と略称する）は、ロー
タリーキルン２と、該ロータリーキルン２の排出口2a内
にて火炎を発生するバーナー３と、上記ロータリーキル
ン２からのセメントクリンカーを受けてこれを溶融また
は半溶融状態に保持する保持炉４と、保持炉４に連通す
るノズル５と、ノズル５に設けられた噴射手段６と、ノ
ズル５より噴出方向に設けられた貯留室７と、該貯留室
７に設けられかつ上記ロータリーキルン２より保持炉４
への経路８中に連通する返送管９から概略構成されたも
のである。

ロータリーキルン２は、原料粉末を予熱するサスペン
ションプレヒーター（図示略）の下流側に配置されたも
ので、サスペンションプレヒーターで予熱仮焼された原
料粉末を焼成するためのものである。このロータリーキ
ルン２の排出側にはバーナー３が配設されている。バー
ナー３は、プロパン，ブタン，プロピレン，アセトン，
水素などの可燃ガスや、重油，軽油などの液体燃料また
は石油、さらにはオイルコークスなどの固体燃料を燃料
とするもので、これら燃料と酸素あるいは空気などの支
燃性ガスとが供給されてその火口3aから高温火炎を噴出
するものであり、その火口3aと反対の側に燃料供給部10
および支燃性ガス導入部11をそれぞれ配設したものであ
る。また、このバーナー３は、その火口3aをロータリー
キルン２の排出口2aに向け、これにより該排出口2a内に
火炎を発生するよう配置されたもので、ロータリーキル
ン２から排出されたセメントクリンカーをその火炎によ
り溶融状態または半溶融状態にするためのものである。

保持炉４は、ロータリーキルン２から溶融状態または
半溶融状態にて導出されたセメントクリンカーを収容
し、かつこのセメントクリンカーを溶融状態または半溶
融状態に保持するためのものであり、高周波加熱手段や
電気的加熱手段などを備えたことによって炉内を1000〜
1600℃程度に保持することが可能なものである。この保
持炉４には、その底部に炉内側から底面側に貫通する導
出孔12が形成されている。

また、製造装置１には、上記保持炉４の導出孔12に連
通してノズル５が設けられている。このノズル５は、第
２図に示すようにその中央部に導出孔12と連通する溶湯
流路13を形成し、かつ該溶湯流路13の先端部を噴出口14
としたもので、後述するように噴霧装置の作用によって
噴出口14から溶融または半溶融セメントクリンカーを噴
霧し、該セメントクリンカーを急冷凝固せしめるための
ものである。ここで、ノズル５は、保持路４の底面に直
接取り付けられたものでもよく、また溶湯流管（図示せ
ず）を介して間接的に設けられたものでもよい。また、
導出孔12に連通する溶湯流路13は、保持路４に収容され
た溶融状態または半溶融状態のセメントクリンカーをそ
の自重による自然落下によって噴出せしめるようにした
ものでもよく、あるいは溶湯流路13内を加圧することに
などによって該セメントクリンカーを強制的に噴出せし
めるようにしたものでもよい。なお、溶湯流管を介して
間接的に設けた場合には、溶湯流管に保温手段あるいは
加熱手段を設け、セメントクリンカーの溶融または半溶
融状態を保持するようにしなくてはならないのはもちろ
んである。また、このノズル５には、噴霧ガスを導くた
めの噴霧装置15が設けられている。

この噴霧装置15は、上記噴射手段６となるもので、第
１図に示すように加圧窒素や圧搾空気などの噴霧ガスを
供給する噴霧ガス源16と、該噴霧ガス源16から供給され
た噴霧ガスを噴霧する複数の噴霧ノズル17…（第２図参
照）と、噴霧ノズル17…から噴出される噴霧ガスの流量
や流速を制御する制御部（図示せず）とからなるもので
ある。噴霧ノズル17…は、その噴射口18…が溶湯流路13
の噴出口14を出た延長線上の点Ｐに集中するよう向けら
れたものであり、またこれら噴霧ノズル17…はそれぞれ
溶湯流路13を中心として各々対向する噴霧ノズル17,17
の位置が点対称に配設されている。制御部は、加圧ガス
の流量を調整するためのニードルバルブなどから構成さ
れるもので、公知の流量調整手段からなるものである。

また、上記保持炉４の下方には、ノズル５の噴出方向
に貯留室７が設けられている。この貯留室７は、ノズル
５より噴出されたセメントクリンカーおよび噴射ガスを
受けて急冷凝固されたセメントクリンカーを貯留し、か
つこれを図示略の貯槽に導くためのもので、その側壁に
は貯留室７内に連通して返送管（返送路）９が接続され
ている。返送管９は、その管路中に分離装置19および送
風ファン20を設けたもので、上記ロータリーキルン２か
ら保持路４への経路８中に連通するよう配管されたもの
であり、送風ファン19の作動により貯留室７内の排ガス
を吸引し、この排ガス中に同伴されたセメントクリンカ
ーを分離装置19で分離した後、これを経路８中に返送す
るものである。ここで、分離装置19にて排ガスより分離
されたセメントクリンカーは、図示略の貯槽に導かれて
貯留室７からのセメントクリンカーに合流する。

次に、このような構成の製造装置１を用いたセメント
クリンカーの製造方法に基づき、請求項１記載の方法を
説明する。

まず、ロータリーキルン２で焼成されたセメントクリ
ンカーを、その排出口2a内にてバーナー３の高温火炎中
に通過させ、溶融または半溶融状態にして保持炉４に送
給し、さらに該保持炉４内にてセメントクリンカーを溶
融状態または半溶融状態に保持する。

次に、このセメントクリンカーを、導出孔12およびノ
ズル５の溶湯流路13を通過させて噴出口14より噴射せし
める。また、これと同時に、噴出口14より噴射される溶
融セメントクリンカーの流量および流速に対応させて、
セメントクリンカーが所望する寸法（粒径）・形状（球
形度）になるよう噴霧ノズル17…から噴射する噴霧ガス
の流量や流速を制御しつつ、噴霧ガスを噴射する。この
場合に噴霧ガスの制御については、予め実験などによ
り、その流量や流速とセメントクリンカーの固化および
その球状化との関係を調べ、その結果に基づいて噴霧ガ
スの流量や流速を決定するのが好ましい。

このようにして噴霧ガスを噴射すると、噴出口14から
噴射されるセメントクリンカーは、上記溶湯流路13の延
長線上の点Ｐにてその周囲から噴霧ガスの噴射を受け、
これにより該噴霧ガスに同伴されて第２図中に示すよう
に円錐状に飛散し、急速に冷却されて球形粉末状に凝固
する。すなわち、セメントクリンカーは、噴霧ガスに同
伴されて飛散した際微小な液滴となり、さらに急速に冷
却されることによって凝固するとともに、その表面張力
によって球状化するのである。なお、凝固して得られる
球状セメントクリンカーとしては、その形状、すなわち
球形度についてはより真球に近いものが流動性や充填性
の点で好ましく、またその寸法、すなわち粒径について
もやはり流動性や充填性の点から平均粒径10〜50μｍ程
度のものが好ましく、したがって上記した噴霧ガスの流
量および流速の制御にあたってはこのような球形度およ
び粒径が得られるように制御するのが望ましい。

また、これらの操作を行うと同時に、送風ファン20を
作動する。すると、ノズル５からセメントクリンカーと
ともに噴射され、これにより溶融または半溶融状態のセ
メントクリンカーと接触して高温に加熱された噴霧ガス
の一部は、返送管９に吸引される。そして、該ガス中に
同伴したセメントクリンカーを分離装置20にて分離した
後経路８中に戻される。したがって、バーナー３で溶融
状態または半溶融状態に加熱されたセメントクリンカー
は、保持炉４に収容される経路８で冷却されることな
く、上記高温に加熱された返送ガス（噴霧ガスの一部）
によって保温され、溶融状態または半溶融状態を保持し
たままで保持炉４内に導入される。

その後、得られたセメントクリンカーを貯留室７より
導出し、これに適宜量の石膏粉末を混合してセメントを
得る。

このような製造装置１にあっては、これを用いた製造
方法によって述べたごとく、噴霧ガスの流量や流速を制
御することにより、得られるセメントクリンカーを所望
する粒径（寸法）や球形度（形状）に制御することがで
きる。また、得られた球状セメントクリンカーにあって
は、球形であることから粒子間の摩擦抵抗が少なく、よ
って従来のセメントクリンカーに比べ流動性がよく、ま
た粒径コントロールにより充填性もよいものとなる。さ
らに、バーナー３によって溶融または半溶融状態にされ
たセメントクリンカーが、返送ガスによって保温されて
保持炉４に導入されるため、保持炉４では一旦凝固した
セメントクリンカーを再度溶融させる必要がなく、単に
溶融状態または半溶融状態を保持するだけでよいことか
ら、保持炉４における熱消費量が少なく、したがって全
体のエネルギーコストの上昇を抑えることができる。

なお、上記実施例では、焼成したセメントクリンカー
を導出する装置としてロータリーキルンを用いたが、こ
れに代わって竪型窯を用いてもよい。

また、上記実施例においては、バーナー３の高温火炎
によりセメントクリンカーを溶融または半溶融状態にし
たが、本発明はこれに限定されることなく、バーナー３
に代わって他の加熱手段を用い、セメントクリンカーを
溶融または半溶融状態にしてもよい。

「発明の効果」 以上説明したようにこの発明における請求項１に記載
したセメントの製造方法は、溶融または半溶融状態のセ
メントクリンカーを噴霧ガスに同伴させることによって
ノズルより飛散し、急速冷却せしめて球形粉末状に凝固
せしめるものであるから、噴霧ガスの流量や流速を制御
することにより、得られるセメントクリンカーを所望す
る粒径に調整することができ、よって従来において行っ
た冷却後の粉砕や分級の工程を不要にして生産性を高め
ることができる。また、噴霧ガスの流量や流速を制御す
ることにより、得られるセメントクリンカーを所望する
球形度に調整することもできることから、粒子間の摩擦
抵抗が少なく、これにより従来のセメントに比べ流動性
がよく、また粒径コントロールにより充填性もよくなる
球状セメントを製造することができる。

また、請求項２記載のセメント製造装置にあっては、
上記請求項１記載の製造方法を実施するのに好適であ
り、またその使用により球状セメントを製造した場合、
冷却後の粉砕工程が不要となることから、セメントクリ
ンカーを連続的にかつ大量に処理でき、よって球状の優
れた特性を有するセメントクリンカーを低コストで製造
することができる。

請求項３記載のセメント製造装置にあっては、ノズル
からセメントクリンカーとともに噴射され、これにより
溶融または半溶融状態のセメントクリンカーと接触して
高温に加熱された噴霧ガスの一部を、返送路から経路中
に戻すことができるようにしたので、溶融状態または半
溶融状態に加熱されたセメントクリンカーが経路中で冷
却されて凝固するのを防止することができ、よって保持
炉における熱消費量を少なくして全体のエネルギーコス
トの上昇を抑え、生産コストの低減を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明における請求項２および
３記載のセメント製造装置の一実施例を示す図であっ
て、第１図は製造装置の概略構成図、第２図はノズルの
概略構成を示す側断面図である。 １……セメント製造装置、 ２……ロータリーキルン、４……保持炉、 ５……ノズル、６……噴射手段、７……貯留室、 ８……経路、９……返送管、15……噴霧装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 原田 修輔 千葉県船橋市豊富町58番地 住友セメン ト株式会社セメント・コンクリート技術 開発センター内 (72)発明者 宮内 明彦 千葉県船橋市豊富町58番地 住友セメン ト株式会社セメント・コンクリート技術 開発センター内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C04B 7/47 C04B 7/48

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】噴霧ガスをノズルより噴射させ、かつこの
   噴霧ガスに溶融または半溶融状態のセメントクリンカー
   を同伴させることによって該セメントクリンカーをノズ
   ルより飛散せしめ、これにより該セメントクリンカーを
   急速冷却せしめて凝固させることを特徴とするセメント
   の製造方法。
2. 【請求項２】ロータリーキルンまたは竪型窯を具備して
   なるセメント製造装置において、 ロータリーキルンまたは竪型窯にて溶融または半溶融し
   た状態のセメントクリンカーを受け、これを溶融または
   半溶融状態に保持する保持炉と、この保持炉に連通して
   上記セメントクリンカーを噴出するノズルと、該ノズル
   内に導かれたセメントクリンカーを同伴しこれをノズル
   外に噴射せしめて飛散冷却する噴射ガスと、該噴射ガス
   を噴射せしめる噴射手段とを具備してなることを特徴と
   するセメント製造装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のセメント製造装置におい
   て、 ノズルより噴出されたセメントクリンカーおよび噴射ガ
   スを受ける貯留室と、ロータリーキルンまたは竪型窯か
   ら保持炉への経路中に上記貯留室より該貯留室内の排ガ
   スを返送する返送路を設けたことを特徴とするセメント
   製造装置。