JPH02192440A - セメント焼塊の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の分野］ 本発明は、セメント焼塊の製造方法に関する。

さらに詳しくは、本発明は、金属の精錬工程で副生ずる
スラグを主原料とするセメント焼塊の製造方法に関する
。

［発明の背景］ 一般に、ポルトランドセメント製造用の焼塊（タリンカ
ー）は、石灰質原料、珪酸質原料、粘土質原料、および
酸化鉄原料を、ポルトランドセメントの成分としてＣａ
０６０〜６６重量％、Ｓ　ｉ　０２　２０〜２　ｓ重量
％、ＡｉＬ２　ｏ３４〜９重量％、および、Ｆｅ２０３
２〜５重量％となるような範囲にて混合し、得られた混
合物を１４５０℃前後の温度にて焼成、冷却することに
より製造されている。上記の原料を上記の温度にて焼成
することにより、該原料は少なくともその一部が溶融状
態となり、含有される化学成分から、３ＣａＯ−Ｓｉ０
２，２ＣａＯ−ＳｉＯ２，３Ｃａ　Ｏ−Ａ　１２０３　
、および、４ＣａＯ・、ｌ！２０３　　・Ｆｅ２Ｏ，を
主とする結晶性のセメント鉱物（以下、単に「セメント
鉱物」と略記する）が生成する。

ポルトランドセメントは、上述のセメント焼塊に、得ら
れるポルトランドセメントに対して３〜５重量％の範囲
にて石膏を混合し、粉砕することによって得られる。上
記石膏は、ポルトランドセメントと水とを混練した際の
凝固速度調節のために添加される。

上述のポルトランドセメント製造用焼塊の原料の一部に
高炉スラグを利用することが知られている。高炉スラグ
は、製鉄の製銑工程にあける副生成物であり、高温の溶
融状態で銑鉄から分離される。上記高炉スラグは、上記
セメント鉱物の一部を構成することのできるＣａ０％Ｓ
ｉＯ２、およびＡｌ、Ｏ，を主成分として含んでいる。

ポルトランドセメント製造用焼塊の原料の一部に高炉ス
ラグを利用する用途（通常は副原料として少量使用され
る）にあっては、通常は上記高炉スラグを冷却床上で冷
却し粉砕して得られる徐冷スラグ、あるいは、水冷して
小粒子とした水砕スラグを用い、該スラグを必要に応じ
て他のセメント焼塊の原料に添加し、得られるポルトラ
ンドセメントの化学成分が航速のセメント鉱物が生成さ
れる範囲になるように成分を調整したのち、前述の通常
のセメント焼塊の製造方法と同様にして焼成、冷却して
セメント焼塊に加工される。上述のセメント焼塊の製造
法では、スラグは、成分調整のために添加され、他の原
料とともに、焼成により再溶融された状態にて結晶性の
前記セメント鉱物を生成する。上述の製造方法により、
高炉スラグに含有される前述の化学成分を有効に利用し
て、ポルトランドセメント製造用焼塊が得られる。

なお、高炉スラグは、水冷して水砕スラグとしさらに乾
燥粉砕して水砕スラグ粉として、高炉セメントなどの他
のセメントの組成分としても直接利用されることもある
。

セメントは、土木建築などの分野において、大量に消費
される物質であり、原価を低く抑えることが望まれる。

セメント工業の分野においては、大量の原材料を低廉に
得ること、原料を焼成するために膨大な熱量を必要とす
るので熱を有効に利用して燃料費を低減させることなど
が、重要である。

そこで、ポルトランドセメント製造用焼塊の製造におい
ては、金属の精錬工程で多量に副生ずる高炉スラグを主
原料として利用し、さらに該高炉スラグの有する熱を有
効に利用できる製造方法の開発が望まれる。

［発明の目的コ 本発明の目的は、金属の精錬工程で副生するスラグを主
原料として使用し、さらに該高炉スラグの有する熱を有
効に利用してポルトランドセメント製造用のセメント焼
塊を製造する改良された方法を提供することにある。

［発明の要旨］ 本発明者は、前述のポルトランドセメント製造用焼塊の
原料の一部に高炉スラグを利用するところの従来公知の
製造方法では、高温の溶融状態にあるスラグを一旦冷却
して、他のセメント原料と混合したのち、再び高温で焼
成していることが、熱の有効利用の点で不利になるとの
点に着目し、その高温のスラグが保持する熱を有効利用
することを考え、本発明に到達した。

本発明は、金属の精錬工程で高温状態にて副生したスラ
グを該スラグの温度を６００℃以上に維持した状態で、
セメント焼塊原料を添加、混合して、得られた混合物を
焼成したのち、冷却することを特徴とするセメント焼塊
の製造方法にある。

次に本発明の好ましい態様を示す。

（１）上記スラグが製鉄の製鉄工程で副生する高炉スラ
グであること。

（２）上記スラグが予め脱硫されたスラグであること。

（３）上記スラグを高速流体で飛散させて粒状化し、粒
状体の状態にて上記セメント焼塊原料と混合すること。

（４）上記セメント焼塊原料が石灰質原料、珪酸質原料
および酸化鉄原料であること。

（５）上記セメント焼塊原料が粉粒体であり、上記スラ
グと混合される前に、予熱された状態にあること。

（６）上記焼成を９００〜１７００℃の温度範囲にて５
〜６０分間行なうこと。

（７）上記焼成をサスペンションプレヒーター付ロータ
リーキルンを用い、酸素分圧０．１〜１００トールの気
流中にて行なうこと。

［発明の効果］ 本発明の製造方法では、高温状態の高炉スラグを過度に
冷却させることなく、他のセメント焼塊原料の粉粒体と
混合して焼成を行なうので、セメント製造における熱の
有効利用を向上させることができる。さらに、本発明の
製造方法では、金属の精錬工程で多量に副生じ安価な高
炉スラグを最大限に利用できるため、セメント製造費用
を低減することができる。

また、硫黄成分（硫化物）を含む高炉スラグからは、こ
れを除去して焼成を容易にするとともに品質を向上する
ことができ、回収した硫黄酸化物は石膏に変えることに
よりセメント添加用原料とすることができる。

［発明の詳細な記述］ 本発明のセメント焼塊の製造方法は、金属の精錬工程で
高温状態にて副生したスラグを該スラグの温度を６００
℃以上、好ましくは、９００℃〜１５００℃に維持した
状態で、セメント焼塊原料を添加、混合して、得られた
混合物を焼成したのち、冷却することを特徴とする。

上記金属の精錬工程で副生ずるスラグは、セメント鉱物
を構成する化学成分を含有しているスラグであればよく
、製鉄の製銑工程、および、銅の精錬工程などで副生ず
るスラグ（銅からみなど）を用いることができるが、製
鉄の製銑工程で副生ずる高炉スラグが特に好ましい。上
記製銑工程では、高炉にて銑鉄を製造する際に、鉄鉱石
の媒溶剤として一般に石灰石が使用されている。高炉の
頂部から、鉄鉱石、コークス、および石灰石を投入し加
熱することにより、鉄を主とする還元されやすい物質が
銑鉄として、その他の還元されにくい物質がスラグとし
て得られる。上記高炉スラグは、Ｃａｂ、５ｉｎ２、お
よびＡＪ２２０３を主成分として含んでいるので、他の
セメント焼塊原料を添加して成分を調整することにより
、ポルトランドセメント製造用焼塊の原料として有利に
使用することができる。上記製銑工程において、スラグ
と銑鉄との分離は、スラグの比重が銑鉄よりも小さいこ
とを利用して、溶融状態で容易に行なうことができる。

本発明の方法では、上述の製銑工程にて副生した高温の
溶融状態にある高炉スラグを過度に冷却することなく、
その温度を６００℃以上に維持した状態で、セメント焼
塊原料を添加、混合することが必要である。

上記高炉スラグは、銑鉄と分離したのち、大気との接触
による自然の放冷を除いては、水砕スラグあるいは徐冷
スラグ製造の際に採用されるような冷却のための処理を
特に行なうことなく、可能な限り高温状態を維持するこ
とが好ましい。上述の高温状態にて他のセメント焼塊原
料と混合することにより、溶融状態の高炉スラグが有し
ている熱エネルギーを無駄にすることなく、セメント焼
塊の焼成を有利に行なうことができる。

セメント焼成におけるセメント鉱物の生成反応は固相反
応であり、通常約６００℃以上の温度範囲で生じる。し
たがって、高炉スラグが６００℃未満の温度まで冷却さ
れた状態にて、他のセメント焼塊原料を添加、混合する
と、上記焼成の際に該冷却を補う熱エネルギーが必要と
なり、焼成用熱量が増加するので好ましくない。

高炉スラグに対する他のセメント焼塊原料の添加は、該
高炉スラグが液体の状態で行なってもよいが、粒状体の
状態で行なうことにより有利に混合することができるの
で、粒状体として添加することが好ましい。上記添加、
混合の操作は、上記高炉スラグを１０〜１０００ｍ／秒
の範囲の速度を有する高速流体にて飛散させて粒状化し
、粒状体の状態とすることにより有利に行なうことがで
きる。高炉スラグを上記高速流体で飛散させる装置とし
ては、例えば従来公知の水砕スラグ吹製用の装置などを
使用することができる。

上記高炉スラグは、上述の他のセメント焼塊原料と混合
する操作の前に脱硫されていることが好ましい。上記高
炉スラグは、前述のように、Ｃａｂ、Ｓｉｎ、、および
Ａｌ１．　Ｏ，を主成分として含むが、その他にも、硫
黄、リン、ヒ素などのセメント焼塊に残存すると好まし
くない微量成分を含んでいる。上記微量成分を含む高炉
スラグを使用してセメント焼塊を製造すると、後述の焼
成工程において、該微量成分に由来する化合物、特に硫
黄から生成する石膏などの化合物がキルン内に融着し、
操業が困難になることがある。

上記微量成分の除去は、従来公知の方法、たとえば、溶
融状態にある高炉スラグの容器底部から酸素含有気体な
どを流通させ、該気体に伴われて気化した微量成分を回
収剤または吸収剤と接触させることにより除去する方法
などを用いて行なうことができる。

高炉スラグに添加して成分の調整を行なう他のセメント
焼塊原料としては、石灰石、チョーク、泥灰岩などの石
灰質原料；チャート、軟珪石、珪砂、砂岩などの珪酸質
原料；粘土、頁岩、泥岩、粘板岩、ロームなどの粘土質
原料；および、鉄鉱石、鉄鯖鉱、銅からみなどの酸化鉄
原料を挙げることができる。上記セメント焼塊原料とし
てさらに蛍石を添加してもよい。蛍石は、上記セメント
焼塊原料の媒溶剤として作用して、３ＣａＯ・Ｓ　ｉ　
０２の生成を促進し、焼成温度を低くする作用がある。

上述の原料のうち、高炉スラグに添加する成分としては
、特に、石灰質原料、珪酸質原料および酸化鉄原料が好
ましい。これは、高炉スラグの成分に、石灰質、珪酸質
および酸化鉄が不足する傾向があるためである。高炉ス
ラグおよび上述の原料の配合割合は、目的とするセメン
トの特性に応じて任意に定めることができ、各原料の配
合量は、水硬率（）１．　Ｍ）　、珪酸率（Ｓ、Ｍ）、
鉄基（１，Ｍ）、および活動係数（Ａ、Ｉ）などの成分
比率から、従来公知の方法により算出すればよい。

上記セメント焼塊原料は、高炉スラグに添加される前に
、粉砕されていることが混合を有利におこなうために好
ましく、予熱されていることが熱の有効利用、ひいては
熱効率を高くすることから好ましい。上記予熱は、従来
公知のセメント焼塊製造方法と同様にして行なえばよく
、サスペンションプレヒーター付ロータリーキルン（Ｓ
Ｐキルン）を用い、そのプレヒータ一部で行なうことが
好ましく、上記キルンはさらにキルンとプレヒータ一部
との連結部分に仮焼炉を有するロータリーキルン（ＮＳ
Ｐキルン）であることが好ましい。上述の装置を使用す
ることにより、上記セメント焼塊原料は通常、８００〜
９００℃程度に予熱される。

ついで、前記高炉スラグにセメント焼塊原料を添加し、
混合する。添加は、ロータリーキルンの入口部で行なう
ことが好ましい。

本発明のセメント焼塊の製造方法を、添付した図面の第
１図に示した装置（ロータリーキルン）およびその付属
装置を利用する態様としてさらに詳しく説明する。

高炉スラグは、第１図の吹製装置１により高速流体で飛
散され、粒状体の状態になって、混合槽２に吹きこまれ
る。また、他のセメント焼塊原料は、粉砕され、プレヒ
ータ一部３にて予熱されたのち、混合槽２にて粒状体の
状態の高炉スラグに添加され混合される。上記プレヒー
タ一部３は、四段に積層配置されたサイクロン４からな
り、セメント焼塊原料は、上段のサイクロンから順次下
段に下がりながら、ロータリーキルン５の余熱および仮
焼炉６から供給される熱により予熱される。

混合槽２にて混合された高炉スラグおよび他のセメント
焼塊原料は、チャージャー７によりロータリーキルン５
に供給され、焼成される。ロータリーキルン５は、バー
ナー８により供給される燃焼ガスにより加熱されている
。上記燃焼ガスは、通常その温度が１８００〜２０００
℃、酸素分圧が０．１〜１００トールの範囲にある気流
である。上記焼成は、９００−１７００℃、好ましくは
１４００〜１５００℃の温度範囲にて、５〜６０分間、
好ましくは１０〜３０分間行なう。焼成条件が、上記の
範囲から外れるときには、目的とするセメント鉱物が得
られなかったり、焼結が過度に進んで得られた焼塊を粉
砕しにくくなることがある。

上述の条件にて焼成を行なうことにより、高炉スラグお
よびセメント焼塊原料は、半溶融状態にて反応しセメン
ト鉱物を生成する。上記セメント鉱物は、ロータリーキ
ルン５から排出され、冷却装置９にて冷却されセメント
焼塊が得られる。上記冷却装置としては、たとえば、エ
アクエンチングクーラーなど従来公知の装置を使用する
ことができる。

上述の製造方法によって得られたセメント焼塊は、さら
に石膏を添加して粉砕することにより、ポルトランドセ
メントを製造することができる。

次に本発明の実施例を示す。

［実施例１］ 製鉄の製銑工程から分離された溶融状態の高炉スラグを
一旦鍋車に受け、該鍋車の底部から酸素分圧１０４〜ｔ
ｏ−’気圧の気体を高炉スラグ中に導入し、硫化物を酸
化して脱硫を行なった。上述の脱硫処理を行なった高炉
スラグは、ＣａＯ４１，４重量％、Ｓｉｎ、３４．６重
量％、およびＡ１□０．３１４．１重量％を含有してい
た。

なお、排ガス中に含まれるＳ０２から、上記高炉スラグ
１トンについて４３ｋｇの石膏が回収された。

上述の処理済高炉スラグと他のセメント焼塊原料とから
、第１図に示したロータリーキルンと付属装置を利用し
て下記の方法によりセメント焼塊を製造した。

まず、上記高炉スラグを鍋車から、ロータリーキルン入
口の混合槽２に付設された吹製装置１に投入し、３００
ｍ／秒の速度を有する水蒸気にて高炉スラグが粒状体の
状態になるようにして、混合槽２内に飛散させた。上記
高炉スラグの温度は、１２００℃であった。同時に、ロ
ータリーキルン上部のプレヒータ一部３にて予熱された
セメント焼塊原料の粉末を混合槽２に供給し、高炉スラ
グの粒状体に添加、混合した。上記セメント焼塊原料と
して、高炉スラグｌトンに対して、石灰石２．７５トン
、珪石０．２５トンおよび、鉄鉱石０．０７５トンを添
加した。

次いで、上述の高炉スラグ、石灰石、珪石および鉄鉱石
の混合物をチャージャー７により、ロータリーキルン５
に供給し、焼成した。上記焼成は、バーナー８を用いて
重油を燃料として火焔を作り、燃焼ガスの酸素分圧が５
０トールの気流をロータリーキルン５に流通して、ロー
タリーキルン５内の原材料の温度分布がｔ　ｏｏｏ℃〜
１５００℃になるようにして３０分間加熱して行なった
。

上述の操作で得られた焼成物（セメント鉱物）をロータ
リーキルン５に連続して設けられた冷却装置９にて冷却
し、ポルトランドセメント製造用の焼塊２．８６トンを
得た。

上述のセメント焼塊を製造するために要した熱量は、該
焼塊ｌトンについて、６２，５万キロカロリーであった
。

上述のセメント焼塊を用いたポルトランドセメントは、
ＪＩＳ　　Ｒ５２０１に規定された試験の結果、モルタ
ル圧縮強度３８８　ｋ　ｇ　ｆ　／　ｃ　ｒｎ”（２８
日）を示した。

［比較例１］ 実施例１に用いた高炉スラグから、常法に従って徐冷ス
ラグを製造した。

上記徐冷スラグ１トンに対して、実施例１と同量の石灰
石、珪石および鉄鉱石の粉末を添加し、混合した。上記
混合物を実施例１で用いたものと同じロータリキルンの
プレヒータ一部に投入して予熱し、混合槽にて高炉スラ
グ粉粒体と混合することなく直接ロータリーキルンに供
給し、実施例１と同じ焼成条件にて焼成し、続いて冷却
することにより、ポルトランドセメント製造用の焼塊を
得た。上述の焼成の際に、焼成キルンの窯尻に硫酸塩の
融着がみられ、長期の運転が困難な状況であった。

上述の焼塊を製造するために要した熱量は、該焼塊１ト
ンについて、６６．６万キロカロリーであった。

また、上記で得られたセメント焼塊は硫黄酸化物の含有
量が高＜　（Ｓｏ、０．９６％）、品質的に劣っており
、該セメント焼塊を用いたポルトランドセメントは、Ｊ
ＩＳ　　Ｒ５２０１に規定された試験の結果、モルタル
圧縮強度３２１ｋｇｆ／Ｃゴ（２８日）であった。

［所要熱量の評価］ 通常のセメント焼塊の製造に要する熱量は、予熱炉付サ
スペンションプレヒーター付ロータリーキルンで約８０
万キロカロリーである。したがフて、高炉スラグを主原
料に使用することにより、現状のセメント焼成と比較し
て大幅に所要熱量を低減でき、本発明の製造方法を用い
ることによりさらに所要熱量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に使用するロータリーキルンとその付
属装置の一実施態様の概念図である。 １：高炉スラグ吹製装置、２：混合槽、３：ブレヒータ
一部、４：サイクロン、５：ロータリーキルン、６：仮
焼炉、 ７：チャージャー　８：バーナー ９：冷却装置。 特許出願人　　宇部興産株式会社 代　理　人　　弁理士　柳川泰男

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １。金属の精錬工程で高温状態にて副生したスラグを該
   スラグの温度を６００℃以上に維持した状態で、セメン
   ト焼塊原料を添加、混合して、得られた混合物を焼成し
   たのち、冷却することを特徴とするセメント焼塊の製造
   方法。