JP5084695B2 - 焼成物の被焼成温度の測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、焼成炉において焼成される焼成物の被焼成温度の測定方法及びかかる測定方法により得られる被焼成温度により、焼成炉の運転条件を管理する方法に関する。

セメント原料を連続焼成炉であるロータリーキルンによって焼成して得られるセメントクリンカーの性状は、様々な要因によって影響を受ける。例えば、炉内における焼成温度、焼成時間（焼成帯滞在時間）や、原料の組成や粒度などが挙げられる。そして、それぞれの各種要素が複合した結果としてセメントクリンカーが得られる。

従来、前記ロータリーキルンの焼成における運転条件を管理する指標としては、機器動力、ガス温度など各種の測定値が挙げられるが、該ロータリーキルン内において、セメントクリンカーが何℃で焼成されているか、その被焼成温度について的確な温度情報を得ることは極めて困難であった。即ち、キルン外部からのシェル温度の測定を行なう方法が提案されているが、かかる方法は、上手く温度測定できたとしても相対的な温度の高低の情報であり、内部の温度を検出できるものではなかった。

また、他の方法として、ロータリーキルン内部のコーチングの付着量を測定する方法も提案されているが、コーチングの付着量は、相対的な温度の高低の情報すら的確に示すものではなく、信頼性に乏しい。

更に、ロータリーキルンの窯前の覗き窓から内部を非接触式温度計でその温度を測定することも検討されているが、この方法によれば、精々窯前付近の温度、即ち、ロータリーキルン内の最高温度領域を過ぎた冷却領域の温度しか測定することができず、ロータリーキルン内における焼成温度、特に、最高焼成温度の測定はできない。

近年のセメント産業では、ロータリーキルンの燃料としても廃棄物の利用が進んでおり、セメントクリンカーを焼成する際のコンディションが遂次変化しており、その管理の重要性が増している。そのような中で、ロータリーキルンの運転条件を管理するためのデータとして有用な、ロータリーキルン内における焼成物の被焼成温度を正確に把握するための技術が求められているのが現状である。

従って、本発明の目的は、焼成炉における焼成物の被焼成温度を正確に測定することが可能な測定方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、測定方法により得られる被焼成温度により、焼成炉の焼成温度を管理する方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため、鋭意研究を行なった結果、前記ロータリーキルン内を移動する焼成物であるセメントクリンカーの被焼成温度は、その空隙量等の物性として固定され、熱履歴として残るという知見を得た。即ち、セメントクリンカーがロータリーキルン内の焼成の際に受けた最高被焼成温度において空隙量は最小となり、焼成炉であるロータリーキルンより取出される。
上記知見に基づき、更に検討を進めた結果、焼成炉より取出された焼成物について、これを再加熱により昇温し、昇温温度における焼成物の空隙量等の物性を測定すれば、該焼成物の前記被焼成温度を越えた時点で空隙率の減少のような物性の変化が起こり、これにより、該焼成物が焼成炉内で焼成された温度である被焼成温度を正確に測定し得ることを見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は、セメント原料焼成用のロータリーキルン内よりセメントクリンカーを取り出し、取り出されたセメントクリンカーを加熱して昇温せしめ、上記昇温において該セメントクリンカーの空隙量が減少し始める温度（以下、上記温度を変化開始温度ともいう）を求め、上記温度を該セメントクリンカーの被焼成温度とすることを特徴とするセメントクリンカーの被焼成温度の測定方法である。

また、前記ロータリーキルンのような連続焼成炉である焼成炉内の温度プロファイルは、セメント原料が焼成物であるセメントクリンカーを形成するまでは、炉内の焼成温度は最高温度には至らず、セメントクリンカー形成後に炉内の最高焼成温度領域が存在することが確認されており、これより、連続焼成炉の運転中に該焼成炉より連続的に取り出されるセメントクリンカーの被焼成温度は、該焼成炉内の最高焼成温度を示すものとなる。従って、焼成炉より連続的に取り出される焼成物の物性の変化開始温度を求め、該変化開始温度を焼成物の最高被焼成温度としてロータリーキルンの運転条件を管理し得ることを見出した。

即ち、本発明によれば、ロータリーキルンより連続的に取出される焼成物について、取り出されたセメントクリンカーを加熱して昇温せしめ、上記昇温において該セメントクリンカーの空隙量が減少し始める温度を求め、上記温度をセメントクリンカーの最高被焼成温度としてロータリーキルンの運転条件を管理することを特徴とするセメント原料焼成用のロータリーキルンの運転方法が提供される。

本発明の方法によれば、ロータリーキルンにおいて焼成されたセメントクリンカーの被焼成温度を正確に把握することが可能であり、その測定値自体で、焼成炉の焼成状態の管理を行なうことができるが、特に、ロータリーキルンにおいては、連続的に取出されるセメントクリンカーについて、上記測定を定期的に行ない、その測定により把握された被焼成温度をロータリーキルン内の最高焼成温度として、ロータリーキルンの運転条件の管理を正確に行うことが可能である。

また、前記被焼成温度の測定方法は、前記セメントクリンカーを製造するためのロータリーキルンの内壁に副生物として付着するコーチングも、焼成物として捉えることができ、ロータリーキルン停止時に上記コーチングをキルンの長手方向に対して任意の複数位置より取り出し、それぞれの箇所で取り出したコーチングについて物性の変化開始温度を求めることにより、ロータリーキルン内の焼成温度の分布を知ることも可能であり、焼成炉の運転条件の検討において有用な情報として利用することができる。

本発明において、測定の対象となる焼成物を焼成するための焼成炉は特に限定されるものではなく、公知の焼成炉が制限なく使用される。代表的な焼成炉を例示すれば、セメントクリンカー等の焼成物を得るためのロータリーキルンが挙げられる。また、連続焼成炉としては、その他、トンネル炉等が挙げられる。また、バッチ方式の焼成炉としては、箱型炉等が挙げられる。

本発明の測定方法の対象となる焼成物は、上記焼成炉によって焼成される焼成物が対象となる。具体的には、セメント原料を焼成して得られるセメントクリンカー、窒化アルミニウム粉等のセラミックス粉のグリーン体を脱脂焼成して得られる脱脂体、該脱脂体を焼結焼成して得られる焼結体、粘土鉱物の焼結体、その他の無機物焼結体などが挙げられる。

また、前記セメントクリンカー等の焼成物を得る際に、焼成炉内に副生物として付着するコーチングも本発明の対象とする焼成物として含まれる。

本発明において、焼成炉からの焼成物の取り出しは、該焼成炉を運転中に行なってもよいし、焼成炉の運転が停止したときに行なってもよい。一般には、連続焼成炉においては、通常の取出部より取り出された焼成物の一部を試料として使用して被焼成温度の測定を実施すればよい。上記連続焼成炉において、セメントクリンカー製造用のロータリーキルンにおける窯前部となる、通常の取出部より焼成物を取り出した場合、該焼成物より測定される被焼成温度はロータリーキルン内での最高被焼成温度となる。

また、焼成炉の運転中に焼成物の取り出しが困難な場合は、焼成炉の運転が停止している際に、必要な箇所より取り出し、本発明の方法を適用すればよい。例えば、ロータリーキルン内のコーチングの被焼成温度を測定しようとした場合、停止時に上記コーチングをキルンの長手方向に対して任意の複数位置より取り出すことも可能である。

また、前記焼成炉からの取り出し量は、後記の焼成物の再加熱において、その物性を測定可能な量であればよい。一般には１０〜５００ｇである。また、セメントクリンカーの場合、分級して代表的な粒系、例えば、焼成後の空隙率の測定がし易い、相当径１０〜２０ｍｍに揃えて測定を行なうことが好ましい。

本発明の方法は、上記のようにして取り出された焼成物を加熱して昇温温度における焼成物の物性を測定し、該物性の変化開始温度を求めて該焼成物の被焼成温度とする。

上記焼成物の物性は、温度に依存する物性であり、該焼成物が受けた熱履歴の最高温度を超えた際に変化する物性が選択される。例えば、焼成物が前記セメントクリンカーやコーチング、更には、前記窒化アルミニウムの脱脂体である場合、前記物性は、前記焼成物の空隙量とし、その物性の変化を空隙量の減少により確認することが正確に被焼成温度を測定するために好適である。

かかる空隙量の測定は、公知の方法が特に制限無く採用される。例えば、間接的に空隙量を測定する方法として、全ての空隙中に液が満たされるように脱気しながら飽液させ、液中での重量を測り、その試料の飽液重量、乾燥重量を測定して求める方法（アルキメデス法あるいは液中秤量法）により空隙率を測定する方法、直接的な方法として、水銀ポロシメーターにより体積あたりの細孔容積を測定する方法などが挙げられる。また、前記窒化アルミニウム焼結体などのセラミックスについては、注目する物性として、焼結体の密度が挙げられる。

また、前記物性の測定は、焼成物を加熱して昇温せしめ、任意の昇温温度毎に行なえばよいが、物性を測定する温度の間隔があまり大き過ぎると、正確な変化開始温度が確認できない。そのため、かかる間隔は、５〜１００℃、好ましくは、１０〜５０℃とすることが推奨される。

上記加熱に使用する装置は、加熱温度が設定可能な公知の加熱炉が特に制限なく使用される。例えば、電気炉が代表的である。また、焼成物の加熱時間は、過剰に長くする必要はなく、１５〜６０分程度、特に、２０〜４０分程度が望ましい。更に、上記加熱温度までの昇温は、できるだけ速い方が望ましく、最も好ましいのは、予め設定温度に調整された加熱炉内に供給する態様である。また、上記電気炉内の雰囲気は、一般には大気で十分であるが、対象となる焼成物が酸化され易い場合は、非酸化性雰囲気下で加熱を行なうことが好ましい。因みに、焼成物が前記セメントクリンカーの場合は、大気で十分である。

本発明において、焼成物の物性の変化開始温度の求め方は、特に制限されるものではないが、代表的な方法を、図１に従って説明する。図１は、実施例において、焼成炉より取り出したセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係をプロットしたものであるが、図に示すように、加熱温度とその温度での物性値との関係を示すグラフを作成し、空隙率が変化していない測定点により近似される水平線と空隙率が変化した測定点により近似される斜線を引き、その交点の温度を該焼成物の被焼成温度とする。

上記のように、焼成物を加熱して昇温していくと、前記選択した物性である空隙率は、該焼成物が受けた熱履歴の最高温度に至るまでは殆ど変化せず、該最高温度を超えた時点を変曲点として減少する。

本発明の焼成物の被焼成温度の測定方法は、その測定値自体で、焼成炉の焼成状態の管理を行なうことができる。

特に、焼成炉が連続焼成炉であり、該連続焼成炉より連続的に取出される焼成物については、前記セメントクリンカーの焼成において説明したように、該焼成物の被焼成温度は、焼成炉内における焼成物の最高被焼成温度と見ることができる。

従って、上記焼成物について本発明の方法による被焼成温度の測定を任意の時期に行なうことにより、ロータリーキルンの運転条件を管理することが可能である。具体的には、焼成物について最高被焼成温度の最適設定値に対して、上記被焼成温度の測定値を対比し、焼成に供給する燃料や燃焼用空気等の供給量を連続的に制御することができる。

また、本発明の焼成物の被焼成温度の測定方法は、前記セメントクリンカーを製造するためのロータリーキルンの内壁に副生物として付着するコーチングに対して適用する場合、ロータリーキルン内の温度分布を把握することが可能である。即ち、一般に、コーチングは、セメントクリンカーの焼成において、焼成物であるクリンカーが生成し始める地点から、焼成物が取り出される窯前に至る領域に付着する。このコーチングは、その付着位置における最高の焼成温度で焼成された状態で、前記物性が固定される。従って、該コーチングをキルンの長手方向に対して任意の複数位置より取り出し、それぞれの箇所で取り出したコーチングについて物性の変化開始温度を求めることにより、ロータリーキルン内の各箇所における最高被焼成温度を推定することができ、これにより、ロータリーキルン内の温度分布を把握することができる。かかる温度分布は、焼成炉の運転条件の検討において有用な情報として利用することができる。

以下、本発明を具体的に説明するために、実施例を示すが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
実施例１
セメントクリンカー（以下、単に「クリンカー」ともいう）焼成用のロータリーキルンの窯前に設置されたグレートクーラーより、クリンカーＡを取り出し、９．５ｍｍ未満（細粒）、９．５ｍｍ〜１９．５ｍｍ（中粒）および１９．５ｍｍ超（粗粒）に分級し、この中の中粒部を５０ｇずつ取分け、１２５０℃〜１５５０℃まで５０℃間隔で温度を変え、電気炉で加熱した。このときの焼成時間は、各設定温度で３０分とした。

それぞれの加熱温度において得られた焼成物と加熱しないものの空隙率を、アルコール溶媒を用いたアルキメデス法によって求めた。結果を表１（図１）に示す。

この関係より、このクリンカーの被焼成温度は、約１４００℃であることが判る。

実施例２
実施例１と運転条件の異なるロータリーキルンより、実施例１同様の方法にて採取したクリンカーＢについて、実施例１と同様にして、加熱温度毎のクリンカーの空隙率を測定した。

表２（図２）にクリンカーＢの加熱温度と空隙率の関係を示す。この関係より、このクリンカーの被焼成最高温度は、約１５００℃であることが判る。

この被焼成最高温度は、セメントクリンカーの焼成温度としては過焼と思われ、燃料の削減操作を行った。

実施例３
実施例１と運転条件の異なるロータリーキルンにおいて、燃料使用量を調整して燃焼のバーナーフレームの長さを変えて２種類のクリンカーＣ、Ｄを製造し、それぞれのクリンカーを実施例１同様の方法にて採取した。次いで、実施例１と同様にして、各クリンカーＣ、Ｄの加熱温度毎の空隙率を測定した。

表３（図３）にクリンカーＣの、表４（図４）にクリンカーＤの加熱温度と空隙率の関係を示す。この関係より、クリンカーＣの被焼成最高温度は、約１４００℃、クリンカーＤの被焼成最高温度は、約１４００℃であることが判る。

このように、本発明の方法を用いてバーナーフレームの長さに対して最高被焼成温度を監視することによって、最高被焼成温度を低下させないようなバーナーフレームの調整が可能となる。

実施例４
キルンコンディションが不調なロータリーキルンより採取したクリンカーＥについて、実施例１と同様にして、加熱温度毎のクリンカーの空隙率を測定した。

表５（図５）にクリンカーＥの加熱温度と空隙率の関係を示す。この関係より、このクリンカーの被焼成最高温度は、約１３５０℃であることが判る。

この結果、キルン最高温度の低下が要因と判断でき、燃料の供給量を増やし、キルンコンディションを回復させる操作を行った。

実施例５
調合されたセメント原料をもとに、実験室で原料ペレットを作製し、電気炉にて１４５０℃、１時間焼成することでクリンカーＸを作製した。このクリンカーＸを試料として使用し、実施例１と同様にして、加熱温度毎のクリンカーの空隙率を測定した。

表６（図６）にクリンカーＸの加熱温度と空隙率の関係を示す。この関係より、このクリンカーの被焼成最高温度は、約１４５０℃であることが判る。

このように、本発明の測定方法で測定される被焼成温度の値は、実際の焼成におけるクリンカーの（最高）被焼成温度と一致していることが確認され、本発明の測定方法が正確であることが判る。

実施例６
キルン停止時に、キルン窯前から５ｍ毎の箇所でキルンコーチングを採取し、９．５ｍｍ〜１９．５ｍｍ程度の大きさのコーチングを分取した。５ｍ毎に採取したそれぞれのコーチングについて、実施例１と同様の方法により、夫々の最高被焼成温度を求めた。

結果を表７に示し、キルン窯前からの距離と最高被焼成温度の関係として図７に示す。

このようにして得られた結果により、ロータリーキルン内の温度分布（各箇所における最高到達温度）が明らかとなる。そして、かかるデータは、ロータリーキルンの運転条件の検討において有用な情報となり、最良のキルンンディショへンの調整が可能となる。

実施例１において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例２において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例３において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例３において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例４において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例５において、取り出されたセメントクリンカーの加熱温度（横軸）とその温度における空隙率（縦軸）との関係を示すグラフ 実施例６において、取り出されたコーチングの被焼成温度（縦軸）と、取出し箇所（横軸）との関係を示すグラフ

Claims (2)

1. セメント原料焼成用のロータリーキルン内よりセメントクリンカーを取り出し、取り出されたセメントクリンカーを加熱して昇温せしめ、上記昇温において該セメントクリンカーの空隙量が減少し始める温度を求め、上記温度を該セメントクリンカーの被焼成温度とすることを特徴とするセメントクリンカーの被焼成温度の測定方法。
2. ロータリーキルンより連続的に取出されるセメントクリンカーについて、取り出されたセメントクリンカーを加熱して昇温せしめ、上記昇温において該セメントクリンカーの空隙量が減少し始める温度を求め、上記温度をセメントクリンカーの最高被焼成温度としてロータリーキルンの運転条件を管理することを特徴とするセメント原料焼成用のロータリーキルンの運転方法。

Images