JP3020263B2 - 汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続焼成炉 - Google Patents
汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続焼成炉Info
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- JP3020263B2 JP3020263B2 JP2252587A JP25258790A JP3020263B2 JP 3020263 B2 JP3020263 B2 JP 3020263B2 JP 2252587 A JP2252587 A JP 2252587A JP 25258790 A JP25258790 A JP 25258790A JP 3020263 B2 JP3020263 B2 JP 3020263B2
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Description
（産業上の利用分野） 本発明は汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続
焼成炉に関するものである。 （従来の技術と解決しようとする課題） 下水汚泥等の処理方法としては、種々の方法がある
が、特開平１−180288号公報にて、石灰系あるいは高分
子系下水汚泥の焼却灰を、面圧0.3〜2.0t/cm2で加圧成
形し、その成形体を950〜1200℃の温度で焼成すること
が提案されている。そして、この焼成体は建設資材の規
格にも適合しているため、タイル、レンガ等としても利
用できる。 また、前記成形体は、従来のレンガ、瓦に無機成分が
類似し、その焼成体は見掛け上、普通のレンガと似てい
るため、連続焼成するに際しては第３図に示すレンガ、
タイル等の連続焼成炉で焼成することが行われる。 すなわち、前記連続焼成炉１は、仕切壁２により予熱
帯３、焼成帯４および冷却帯５の３帯域で構成されると
ともに、各帯3,4,5内には搬送ローラ８が配設され、前
記成形体は予熱帯３で直火バーナ６により焼成温度まで
直線的に昇温され、焼成帯４で焼成温度に所定時間保持
された後、冷却帯５で冷却ノズル７からの冷却用空気の
吹き付け等により直線的に冷却して焼成体とするもの
で、通常、生産性を向上させるため、焼成温度への昇温
（加熱）は急速昇温し、また、焼成温度からの降温（冷
却）は急速冷却している。 しかしながら、成形体が下水汚泥焼却灰のプレス成形
体であると、前記のように、直線的な昇温および冷却を
行うと、焼成体の内部に未焼成部が形成され、均一な焼
成処理ができなかったり、焼成割れ（昇温割れ）あるい
は冷却割れが発生するという問題が生じた。 本発明者らは、前記の問題について種々検討したとこ
ろ、被焼成体が下水汚泥焼却灰からなるプレス成形体に
あっては、焼成温度への昇温時および焼成温度からの冷
却時の特定温度域で、体積が大きく変化する現象があ
り、この特定温度域の通過時、成形体の内外部温度差に
起因する内外部での収縮現象（体積変化）に差が生じ
る。すなわち、前記プレス成形体は熱伝達率が悪い上
に、組成中にリン系等の低溶融物質が存在し、しかも粒
径が不整いであるため、昇温時では成形体表面部がより
早く昇温されて、表面部と内部とでの収縮開始時期に大
巾な遅れが生じ、焼成体に大きな内部応力歪ができるた
めで、一方、降温時では、焼成体表面部がより早く降温
されて、前記同様に内部応力歪ができるためであるとの
知見を得た。 また、前記特定温度域は、プレス成形体を構成する下
水汚泥焼却灰の組成、粒度分布などの特性により変化
し、昇温時では900℃〜焼成温度（1000℃〜1100℃）の
温度域に、また、冷却時では580℃〜570℃の温度域と25
0℃〜110℃の温度域に存在することが判明した。 さらに、降温時においては、580℃〜570℃の温度域通
過時の１次内部応力歪と250℃と110℃の温度域通過時の
２次内部応力歪との総和が割れの原因となるが、前記１
次内部応力歪を軽減すれば、前記２次内部応力歪に対し
てほぼ無視できるということが判明した。 そして、前記の事項に基づき、前記従来の連続焼成炉
を検討したところ、前記従来の連続焼成炉では、予熱帯
および冷却帯は、いずれも１つの帯域で構成されている
ため、昇温途中および冷却途中で成形体の内外部の温度
差を軽減して均熱状態とする等の炉内温度管理に対応で
きないことが判明した。 本発明は、この知見に基づきなされたもので、焼成温
度への昇温（予熱）時および焼成温度からの降温（冷
却）時の所定温度域で均熱処理を行って、未焼成部、焼
成割れおよび冷却割れのない焼成体を得ることができる
焼成方法およびこれを実現させる連続焼成炉を提供する
ことを目的とする。 （課題を解決するための手段） 本発明にかかる汚泥焼却灰成形体の焼成方法は、汚泥
焼却灰の成形体を焼成するに際し、焼成温度への昇温時
および焼成温度からの降温時における体積変化を伴う温
度域近傍で、成形体の内外温度差を軽減する均熱処理を
行うことであり、また、汚泥焼却灰成形体の連続焼成炉
は、予熱帯、焼成帯および冷却帯に仕切壁で区画された
連続焼成炉において、前記予熱帯を、急速昇温する第１
予熱帯、均熱する第２予熱帯および緩速昇温する第３予
熱帯に、一方、前記冷却帯を、急速冷却する第１冷却
帯、均熱する第２冷却帯および急速冷却する第３冷却帯
に、それぞれ中仕切壁により区画したものである。 （実施例） つぎに、本発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。 第１図は、本発明の焼成方法を行う連続焼成炉を示
し、炉本体10は、昇降自在な仕切壁12a,12bで予熱帯2
0、焼成帯30、冷却帯40とに区画されている。なお、13
は装入扉、14は抽出扉である。 前記予熱帯20は、さらに、中仕切壁21a,21bにより急
速昇温を行う第１予熱帯20A、内外部の温度差を軽減し
て均熱状態とする第２予熱帯20Bおよび緩速昇温を行う
第３予熱帯20Cに区画される一方、前記冷却帯40も、中
仕切壁41a,41bにより急速冷却を行う第１冷却帯40A、内
外部の温度差を軽減して均熱状態とする第２冷却帯40B
および急速冷却する第３冷却帯40Cに区画されている。 また、各帯域20,30,40にはバーナ15が、冷却帯40には
冷却ノズル16が、第２予熱帯20Bと第２冷却帯40Bには循
環ファン17が配設されている。 前記実施例において、仕切壁12a,12bおよび中仕切壁2
1a,21b,41a,41bは昇降方式としたが、固定方式であって
もよいが、昇降方式であれば、プレス成形体の形状に対
応して仕切壁の炉高さ方向で調整できて、より明確に各
帯域を区画することができることになる。 なお、18aは第１予熱帯20Aに設けられた早送り可能な
装入用搬送ローラ群、18bは第３冷却帯40Cに設けられた
早送り可能な抽出用搬送ローラ群、18cは炉内搬送ロー
ラ群で、19は排気ダンパーである。 使用する下水汚泥焼却灰の組成と粒度は、たとえば、
表１の通りである。 前記焼成灰A,B,Cを粉末成形プレスにて面圧1.0t/cm2
で直方体（224×112×73mm3）に成形し、この成形体Ｗ
をトレイに載置して前記連続焼成炉で第２図のヒートパ
ターンで焼成した。
焼成炉に関するものである。 （従来の技術と解決しようとする課題） 下水汚泥等の処理方法としては、種々の方法がある
が、特開平１−180288号公報にて、石灰系あるいは高分
子系下水汚泥の焼却灰を、面圧0.3〜2.0t/cm2で加圧成
形し、その成形体を950〜1200℃の温度で焼成すること
が提案されている。そして、この焼成体は建設資材の規
格にも適合しているため、タイル、レンガ等としても利
用できる。 また、前記成形体は、従来のレンガ、瓦に無機成分が
類似し、その焼成体は見掛け上、普通のレンガと似てい
るため、連続焼成するに際しては第３図に示すレンガ、
タイル等の連続焼成炉で焼成することが行われる。 すなわち、前記連続焼成炉１は、仕切壁２により予熱
帯３、焼成帯４および冷却帯５の３帯域で構成されると
ともに、各帯3,4,5内には搬送ローラ８が配設され、前
記成形体は予熱帯３で直火バーナ６により焼成温度まで
直線的に昇温され、焼成帯４で焼成温度に所定時間保持
された後、冷却帯５で冷却ノズル７からの冷却用空気の
吹き付け等により直線的に冷却して焼成体とするもの
で、通常、生産性を向上させるため、焼成温度への昇温
（加熱）は急速昇温し、また、焼成温度からの降温（冷
却）は急速冷却している。 しかしながら、成形体が下水汚泥焼却灰のプレス成形
体であると、前記のように、直線的な昇温および冷却を
行うと、焼成体の内部に未焼成部が形成され、均一な焼
成処理ができなかったり、焼成割れ（昇温割れ）あるい
は冷却割れが発生するという問題が生じた。 本発明者らは、前記の問題について種々検討したとこ
ろ、被焼成体が下水汚泥焼却灰からなるプレス成形体に
あっては、焼成温度への昇温時および焼成温度からの冷
却時の特定温度域で、体積が大きく変化する現象があ
り、この特定温度域の通過時、成形体の内外部温度差に
起因する内外部での収縮現象（体積変化）に差が生じ
る。すなわち、前記プレス成形体は熱伝達率が悪い上
に、組成中にリン系等の低溶融物質が存在し、しかも粒
径が不整いであるため、昇温時では成形体表面部がより
早く昇温されて、表面部と内部とでの収縮開始時期に大
巾な遅れが生じ、焼成体に大きな内部応力歪ができるた
めで、一方、降温時では、焼成体表面部がより早く降温
されて、前記同様に内部応力歪ができるためであるとの
知見を得た。 また、前記特定温度域は、プレス成形体を構成する下
水汚泥焼却灰の組成、粒度分布などの特性により変化
し、昇温時では900℃〜焼成温度（1000℃〜1100℃）の
温度域に、また、冷却時では580℃〜570℃の温度域と25
0℃〜110℃の温度域に存在することが判明した。 さらに、降温時においては、580℃〜570℃の温度域通
過時の１次内部応力歪と250℃と110℃の温度域通過時の
２次内部応力歪との総和が割れの原因となるが、前記１
次内部応力歪を軽減すれば、前記２次内部応力歪に対し
てほぼ無視できるということが判明した。 そして、前記の事項に基づき、前記従来の連続焼成炉
を検討したところ、前記従来の連続焼成炉では、予熱帯
および冷却帯は、いずれも１つの帯域で構成されている
ため、昇温途中および冷却途中で成形体の内外部の温度
差を軽減して均熱状態とする等の炉内温度管理に対応で
きないことが判明した。 本発明は、この知見に基づきなされたもので、焼成温
度への昇温（予熱）時および焼成温度からの降温（冷
却）時の所定温度域で均熱処理を行って、未焼成部、焼
成割れおよび冷却割れのない焼成体を得ることができる
焼成方法およびこれを実現させる連続焼成炉を提供する
ことを目的とする。 （課題を解決するための手段） 本発明にかかる汚泥焼却灰成形体の焼成方法は、汚泥
焼却灰の成形体を焼成するに際し、焼成温度への昇温時
および焼成温度からの降温時における体積変化を伴う温
度域近傍で、成形体の内外温度差を軽減する均熱処理を
行うことであり、また、汚泥焼却灰成形体の連続焼成炉
は、予熱帯、焼成帯および冷却帯に仕切壁で区画された
連続焼成炉において、前記予熱帯を、急速昇温する第１
予熱帯、均熱する第２予熱帯および緩速昇温する第３予
熱帯に、一方、前記冷却帯を、急速冷却する第１冷却
帯、均熱する第２冷却帯および急速冷却する第３冷却帯
に、それぞれ中仕切壁により区画したものである。 （実施例） つぎに、本発明の実施例を図面にしたがって説明す
る。 第１図は、本発明の焼成方法を行う連続焼成炉を示
し、炉本体10は、昇降自在な仕切壁12a,12bで予熱帯2
0、焼成帯30、冷却帯40とに区画されている。なお、13
は装入扉、14は抽出扉である。 前記予熱帯20は、さらに、中仕切壁21a,21bにより急
速昇温を行う第１予熱帯20A、内外部の温度差を軽減し
て均熱状態とする第２予熱帯20Bおよび緩速昇温を行う
第３予熱帯20Cに区画される一方、前記冷却帯40も、中
仕切壁41a,41bにより急速冷却を行う第１冷却帯40A、内
外部の温度差を軽減して均熱状態とする第２冷却帯40B
および急速冷却する第３冷却帯40Cに区画されている。 また、各帯域20,30,40にはバーナ15が、冷却帯40には
冷却ノズル16が、第２予熱帯20Bと第２冷却帯40Bには循
環ファン17が配設されている。 前記実施例において、仕切壁12a,12bおよび中仕切壁2
1a,21b,41a,41bは昇降方式としたが、固定方式であって
もよいが、昇降方式であれば、プレス成形体の形状に対
応して仕切壁の炉高さ方向で調整できて、より明確に各
帯域を区画することができることになる。 なお、18aは第１予熱帯20Aに設けられた早送り可能な
装入用搬送ローラ群、18bは第３冷却帯40Cに設けられた
早送り可能な抽出用搬送ローラ群、18cは炉内搬送ロー
ラ群で、19は排気ダンパーである。 使用する下水汚泥焼却灰の組成と粒度は、たとえば、
表１の通りである。 前記焼成灰A,B,Cを粉末成形プレスにて面圧1.0t/cm2
で直方体（224×112×73mm3）に成形し、この成形体Ｗ
をトレイに載置して前記連続焼成炉で第２図のヒートパ
ターンで焼成した。
第１昇温（第１予熱帯）:300℃/Hr 均熱（第２予熱帯）:920℃×1.0Hr 第２昇温（第３予熱帯）:150℃×Hr 焼成（焼成帯）:1070℃×0.5Hr 第１冷却（第１冷却帯）:400℃/Hr 均熱（第２冷却帯）:650℃×1.0Hr 第２冷却（第３冷却帯）:350℃/Hr
第１昇温:400℃/Hr 均熱:920℃×1.0Hr 第２昇温:130℃/Hr 焼成:1050℃×0.5Hr 第１冷却:400℃/Hr 均熱:650℃×1.0Hr 第２冷却:360℃/Hr
第１昇温:350℃/Hr 均熱:880℃×1.0Hr 第２昇温:100℃/Hr 焼成:1010℃×0.5Hr 第１冷却:450℃/Hr 均熱:600℃×1.0Hr 第２冷却:400℃/Hr 前記のようにして焼成した焼成体を、炉内放置、大気
中放置、120℃に昇温、および120℃に昇温した後の水冷
等の割れテストを行ったところ、いずれも割れは発生せ
ず、かつ、内部の焼成状態をみても未焼成部分は見当た
らなかった。 なお、昇温時の均熱温度は、成形体の体積変化が800
℃〜900℃から起り始め、900℃〜焼成温度（1000℃〜11
00℃）で顕著に生じるため、体積変化開始温度（800℃
〜900℃）より20℃〜30℃低い温度とすることが、顕著
な体積変化を生じる温度域での内部応力を確実に、か
つ、大巾に軽減できることから望ましく、また、冷却時
の均熱温度は、成形体の体積変化が顕著に生じる温度
（570℃〜580℃）より＋20℃〜30℃の温度とすることが
前記同様の理由から望ましい。しかしながら、昇温時の
均熱温度は、体積変化が顕著に生じ始める温度より20℃
〜30℃高い温度としても、実用的には支障のない焼成体
を得ることができ、一方、冷却時の均熱温度も第１冷却
時の冷却速度および成形体の厚さに関連するが、体積変
化が顕著に生じる温度より±50℃としても、前記同様な
焼結体を得ることができた。 すなわち、下水汚泥焼却灰の成形体Ｗにあっては、焼
成温度への昇温途中で大きな体積変化が生じる温度域が
あり、直線的な昇温を行うと、この温度域通過時、内外
部での大きな温度差を生じた状態が保持されて焼成体の
内部応力が大きく異なることになって焼成割れが生じ
る。 したがって、大きな体積変化が生じる温度域より低い
所定温度で均熱処理を行って、成形体の内外温度差をな
くすものである。 また、焼成温度からの冷却時においても、同様な温度
域があり、直線的な冷却を行うと、この温度域通過時、
特に、580℃〜570℃の温度域での焼成体の１次内部応力
歪（残留応力）が大きく異なるとともに、不均一に発生
することに起因して冷却割れが生じる。 したがって、最初に大きな体積変化が生じる温度域近
傍で均熱処理を行い、内外温度差をなくし、冷却割れの
発生を防止するものである。 （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、予熱
および冷却工程における成形体の体積変化を伴う温度域
近傍で、一旦、均熱処理を行って内外温度差をなくすた
め、成形体の内部未焼成部の発生、焼成割れおよび冷却
割れを防止することができる。 しかも、前記均熱処理時以外の予熱、冷却行程におい
て急速昇温、急速冷却が行えるため、ヒートサイクルが
短くなり、それだけ生産性が向上するとともに、連続焼
成処理に際しては、炉長の短縮が図れ設備費を安価とす
ることができる。 また、予熱帯および冷却帯を各々３帯域に中仕切壁に
より区画しているため、下水汚泥焼却灰の特性に起因す
るヒートサークルの変更に容易に対応できるとともに各
帯域の温度管理が独立して、しかも、厳格に行うことが
できて良好な連続焼成処理ができる。
中放置、120℃に昇温、および120℃に昇温した後の水冷
等の割れテストを行ったところ、いずれも割れは発生せ
ず、かつ、内部の焼成状態をみても未焼成部分は見当た
らなかった。 なお、昇温時の均熱温度は、成形体の体積変化が800
℃〜900℃から起り始め、900℃〜焼成温度（1000℃〜11
00℃）で顕著に生じるため、体積変化開始温度（800℃
〜900℃）より20℃〜30℃低い温度とすることが、顕著
な体積変化を生じる温度域での内部応力を確実に、か
つ、大巾に軽減できることから望ましく、また、冷却時
の均熱温度は、成形体の体積変化が顕著に生じる温度
（570℃〜580℃）より＋20℃〜30℃の温度とすることが
前記同様の理由から望ましい。しかしながら、昇温時の
均熱温度は、体積変化が顕著に生じ始める温度より20℃
〜30℃高い温度としても、実用的には支障のない焼成体
を得ることができ、一方、冷却時の均熱温度も第１冷却
時の冷却速度および成形体の厚さに関連するが、体積変
化が顕著に生じる温度より±50℃としても、前記同様な
焼結体を得ることができた。 すなわち、下水汚泥焼却灰の成形体Ｗにあっては、焼
成温度への昇温途中で大きな体積変化が生じる温度域が
あり、直線的な昇温を行うと、この温度域通過時、内外
部での大きな温度差を生じた状態が保持されて焼成体の
内部応力が大きく異なることになって焼成割れが生じ
る。 したがって、大きな体積変化が生じる温度域より低い
所定温度で均熱処理を行って、成形体の内外温度差をな
くすものである。 また、焼成温度からの冷却時においても、同様な温度
域があり、直線的な冷却を行うと、この温度域通過時、
特に、580℃〜570℃の温度域での焼成体の１次内部応力
歪（残留応力）が大きく異なるとともに、不均一に発生
することに起因して冷却割れが生じる。 したがって、最初に大きな体積変化が生じる温度域近
傍で均熱処理を行い、内外温度差をなくし、冷却割れの
発生を防止するものである。 （発明の効果） 以上の説明で明らかなように、本発明によれば、予熱
および冷却工程における成形体の体積変化を伴う温度域
近傍で、一旦、均熱処理を行って内外温度差をなくすた
め、成形体の内部未焼成部の発生、焼成割れおよび冷却
割れを防止することができる。 しかも、前記均熱処理時以外の予熱、冷却行程におい
て急速昇温、急速冷却が行えるため、ヒートサイクルが
短くなり、それだけ生産性が向上するとともに、連続焼
成処理に際しては、炉長の短縮が図れ設備費を安価とす
ることができる。 また、予熱帯および冷却帯を各々３帯域に中仕切壁に
より区画しているため、下水汚泥焼却灰の特性に起因す
るヒートサークルの変更に容易に対応できるとともに各
帯域の温度管理が独立して、しかも、厳格に行うことが
できて良好な連続焼成処理ができる。
第１図は本発明にかかる連続焼成炉の概略断面図、第２
図は焼成ヒートサイクルで、第３図は従来の連続焼成炉
の概略断面図である。 20……予熱帯、20A……第１予熱帯、20B……第２予熱
帯、20C……第３予熱帯、30……焼成帯、40……冷却
帯、40A……第１冷却帯、40B……第２冷却帯、40C……
第３冷却帯、12a,12b……仕切壁、21a,21b,41a,41b……
中仕切壁。
図は焼成ヒートサイクルで、第３図は従来の連続焼成炉
の概略断面図である。 20……予熱帯、20A……第１予熱帯、20B……第２予熱
帯、20C……第３予熱帯、30……焼成帯、40……冷却
帯、40A……第１冷却帯、40B……第２冷却帯、40C……
第３冷却帯、12a,12b……仕切壁、21a,21b,41a,41b……
中仕切壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 浅田 信二 大阪府大阪市西区京町堀２丁目４番７号 中外炉工業株式会社内 (72)発明者 山浦 武 千葉県船橋市芝山１―25―７ (56)参考文献 特開 平２−169082（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−104938（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B09B 3/00 C02F 11/00 F23J 3/00 C04B 35/00
Claims (2)
- 【請求項１】汚泥焼却灰の成形体を焼成するに際し、焼
成温度への昇温時および焼成温度からの降温時における
体積変化を伴う温度域近傍で、成形体の内外温度差を軽
減する均熱処理を行うことを特徴とする汚泥焼却灰成形
体の焼成方法。 - 【請求項２】予熱帯、焼成帯および冷却帯に仕切壁で区
画された連続焼成炉において、前記予熱帯を、急速昇温
する第１予熱帯、均熱する第２予熱帯および緩速昇温す
る第３予熱帯に、一方、前記冷却帯を、急速冷却する第
１冷却帯、均熱する第２冷却帯および急速冷却する第３
冷却帯に、それぞれ中仕切壁により区画したことを特徴
とする汚泥焼却灰成形体の連続焼成炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252587A JP3020263B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続焼成炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2252587A JP3020263B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続焼成炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04131172A JPH04131172A (ja) | 1992-05-01 |
| JP3020263B2 true JP3020263B2 (ja) | 2000-03-15 |
Family
ID=17239448
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2252587A Expired - Fee Related JP3020263B2 (ja) | 1990-09-21 | 1990-09-21 | 汚泥焼却灰成形体の焼成方法およびその連続焼成炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3020263B2 (ja) |
-
1990
- 1990-09-21 JP JP2252587A patent/JP3020263B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04131172A (ja) | 1992-05-01 |
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