JPH0330798B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原料入口端側に仮焼炉を装備したサス
ペンシヨンプレヒータを有するセメント原料焼成
用ロータリキルンに係り、特にその勾配と回転速
度との組合せにおいて、勾配を従来のロータリキ
ルンと同等以下に緩くすると共に、回転速度を従
来のロータリキルンよりも高速に保つことによ
り、キルン内での原料の造粒機能の向上を図つた
ロータリキルンを提供するものである。

第１図はセメント原料の予熱、焼成時に用いら
れる焼成装置の一例を示す線図的系統図である。
この装置は主として原料予熱用粉末分離器C₁〜
C₃、及び粉末分離器C₄を付属した仮焼炉２を縦
方向に配列してなるサスペンシヨンプレヒータ１
と、クリンカ焼成用のロータリキルン３、及びク
リンカ冷却機４より構成されている。

かかるクリンカ焼成装置においては、C₁〜C₃
の粉末分離器を経由しながら順次下降する原料粉
末Ａ（その流れを破線矢印で示す）は、その間に
排ガス誘引通風機８により吸引されてガスダクト
７を上昇する熱風（その流れを実線矢印で示す）
によつて徐々に予熱された後、仮焼炉２へ供給さ
れる。仮焼炉２では抽気ダクト１３を通してクリ
ンカ冷却機４からの高温空気が導入されていると
共に、バーナ６ａから仮焼用燃料が供給されてお
り、これらの熱を受けて原料粉末Ａが仮焼され
る。仮焼された原料粉末は最下段の粉末分離器
C₄に入り、次いで接続ハウジング１２を経てロ
ータリキルン３に導入される。

ロータリキルン３にはクリンカ冷却機４からの
高温空気とバーナ６ｂからの焼成用燃料が導入さ
れており、ロータリキルン３の原料入口端から出
口端へ向けて移送される原料粉末は、ロータリキ
ルン３内で高温の下に焼成を受けてクリンカとな
り、冷却機４に排出される。

排出されたクリンカは冷却機４の通気性格子１
４上を移送される過程で、押込送風機１０から送
り込まれる冷風によつて冷却された後、破砕機１
５で破砕され、コンベア１６等によつて次工程へ
搬出される。又、クリンカ冷却機４での余剰空気
は誘引通風機９によつて吸引され、この中に含ま
れる微粉状のクリンカダストは集塵機１７により
分離され、成品クリンカに合流される。

この様なセメント原料焼成装置を構成するロー
タリキルン３は内面に耐火物が内張りされてお
り、支持装置（図示せず）によりキルン胴体３′
の中心軸が水平面に対し僅かに傾斜して支持さ
れ、駆動装置（図示せず）により前記中心軸の周
りに回転するように構成されており、又その回転
速度は焼成装置の運転状況に応じ最高回転速度を
基準として１：２以上の速度比で、特に１：３乃
至１：10程度の低速範囲まで調節できるようにな
つている。

そして、仮焼炉２を有するサスペンシヨンプレ
ヒータ１を原料入口端側に配設した前記セメント
原料焼成方式に用いるロータリキルン３では、他
の焼成方式に比べてキルン内容積当りの処理能力
が大きく、またキルン胴体３′用内張り耐火物の
寿命が長い等数多くの利点を備えている。

しかし反面かかる方式によるロータリキルン３
で焼成したクリンカは粒度幅が広く、適正粒度の
粗粒状クリンカの他に大径の塊状クリンカ及び細
粒状クリンカも他の焼成方式に比べてより多く含
まれており、これに基づいて焼成工程及び後続す
る粉砕工程における性能面及び成品の品質面で
種々の弊害をもたらしている。

即ち塊状、粗粒状及び細粒状クリンカはキルン
内でのカスケード運動に際し夫々に特有の軌跡と
熱覆歴をとるために焼け斑を生じ、例えば塊状ク
リンカの表層部は過焼傾向にある反面、その中心
部は焼成不足となつており、又細粒状クリンカも
焼成不足気味になる等、均質なクリンカに焼成す
ることが困難である。またロータリキルン３から
冷却機４へのクリンカの落下排出に際して、第２
図（第１図の−矢視断面図）に示すように、
矢印Ｘ方向に回転するロータリキルン３により与
えられる転動作用を受けることにより、高温クリ
ンカ１８はその粒度に応じ分解されて通気性格子
１４上へ層状に堆積する傾向があり、ロータリキ
ルン３が上向き回転となる側のクリンカ冷却機４
の側壁４ａ寄りに細粒状クリンカが偏つて集積す
る。

このように偏析した細粒状クリンカは冷却機４
の長手方向に移送され、側壁４ａに沿つて通気性
格子１４上に帯状の細粒クリンカ層１９ａを形成
し、中央部から他方側壁４ｂ（ロータリキルン３
が下向き回転となる側のクリンカ冷却機４の側
壁）の近くにかけては粗粒クリンカ層１９ｂが形
成される。従つて、これら粒度構成の異なるクリ
ンカ層１９ａ，１９ｂを通過する冷却空気の流れ
に偏りを生じる。

即ち、粗粒クリンカ層１９ｂは通気性が良好で
あるため冷却空気が多量に通過して過度に冷却さ
れるが、細粒クリンカ層１９ａは通気低抗が大
で、冷却空気の通過が妨げられるため冷却不充分
となる。加えて細粒状クリンカは通過する冷却空
気により流動化されやすく、時としてクリンカ冷
却機４の出口端側に向け赤熱状態のまま流体の如
く移動する。所謂“赤い河”と呼ばれるこの様な
帯状の細粒クリンカ層１９ａは、クリンカ冷却機
４としての冷却効率を低下させ、冷却機４から排
出されるクリンカの温度を高めたり、焼成装置で
の燃料消費量を増すだけでなく、当該細粒クリン
カ層１９ａ部の通気性格子１４、或いは側壁金物
を部分的に過熱して焼損させるため、焼成装置の
連続操業を阻害する主要因となつている。尚、２
０は通気性格子１４の隙間から落下した細粒状ク
リンカを運び出すためのコンベアである。

これに対し塊状クリンカは冷却機の出口端に到
達した時点でも塊の中心部が未だ赤熱状態にあ
り、破砕機１５で破砕され赤熱破断面の露出した
クリンカの一部が成品中に混入して成品クリンカ
の平均温度を上昇させることになる。

この様に、塊状クリンカ及び細粒状クリンカは
冷却機での冷却性能及び熱回収性能等の面で好ま
しくない影響を与える。

更に焼成工程における不均質な焼成と不充分な
冷却とは、後続する粉砕工程における処理能力の
低下と粉砕消費動力の増加を招き、ひいては最終
セメント製品の組成及び温度面での品質にも影響
を及ぼす。従つてロータリキルン内においてでき
るだけ粒度幅の少ない粗粒状クリンカを形成し、
塊状及び細粒状クリンカを減少させる事は焼成工
程及び後続の粉砕工程での品質及び性能面、更に
は焼成装置の長期連続操業のために非常に重要な
要素である。

ところが従来のロータリキルンにおいては、燃
料ガスから原料への熱伝達機能、原料層内の均一
加熱機能、及び原料の輸送機能が主要な性能とし
て注目され、ロータリキルンの寸法、即ち直径
（耐火物内径を指す。以下同様）と長さ、ロータ
リキルン回転中心軸の水平面に対する勾配及びキ
ルン胴体の回転速度等のロータリキルンの仕様は
主として上記各性能を満足する様に選定されてい
るが、ロータリキルン内での原料の造粒機能に対
しては特別な配慮が払われていない。

即ち特定能力に対するロータリキルン寸法はロ
ータリキルン内容積当りの処理能力及び径長比
（キルンの直径と長さとの比）に関する経験値に
基づき主として熱伝達機能面より選定されてい
る。又ロータリキルンの勾配と回転速度とはロー
タリキルン内での原料占有率、従つて滞留時間を
所望の範囲に維持しつつ原料を輸送し、且つ原料
層内の加熱が均一に行われる様に互いに関連して
選定されている。例えばロータリキルンの勾配を
大きな値に選ぶ場合には、所定の原料占有率を確
保しつつ一定量の原料を輸送するために必要な回
転速度は少なくても済むが、この場合キルン軸方
向の原料流れが不安定となるため、ロータリキル
ンの勾配は従来一般にに3.5％乃至４％程度に選
定されている。

又ロータリキルンの回転速度を遅く選ぶ場合に
は、ロータリキルンの軸に対して直角方向の断面
における原料層内の均一な撹拌機能が不充分とな
り、原料層内の加熱度合が不均一となる。この様
な原料層の均一加熱の点では、仮焼炉を付属しな
いサスペンシヨンプレヒータ等の焼成方式におけ
る経験より、ロータリキルンの回転速度は
1.5rpm程度以上にすれば十分である。ここで、
必要以上にキルンの回転速度を増す事は原料層の
均熱性が僅かに改善されるという効果はあるもの
の回転速度にほぼ比例して駆動動力が増すため、
ロータリキルンの回転速度は支障のない範囲で低
い方が駆動動力の節減面から得策である。

しかし仮焼炉を有するサスペンシヨンプレヒー
タを配設したロータリキルンでは、3.5％乃至４
％の勾配の場合に最高回転速度として一般に
2.5rpm乃至3.5rpmの回転速度が選ばれている。
即ち、前述の如くキルン軸方向の安定した原料流
れを確保できる範囲で勾配を大きくする場合に
も、このような構成方式によるロータリキルンで
は処理能力が大きいため、適正な原料占有率を維
持しつつ輸送機能を満足するためには上記の様に
高い回転速度を必要とするようになり、原料層内
の均一加熱条件は自動的に達成されることにな
る。従つてこれ以上に緩い勾配を選び回転速度を
増すことは動力消費面及び回転部品の摩耗面等か
ら不経済と考えられていた。

本発明は以上述べた様な従来のロータリキルン
に対する評価を打破し、従来は考慮されていなか
つたロータリキルン内での原料の造粒作用に着目
してロータリキルンを一種の転動式造粒機と看倣
し、ロータリキルンの回転速度を造粒機能に適し
た高いレベルに維持する事によりロータリキルン
における造粒物の成長を促し、成品粒度の幅を縮
小させる事によつてロータリキルン内で粒度の比
較的揃つた粗粒状クリンカを多く形成し、セメン
ト製造工程における品質、性能及び保守面での向
上を図らんとするもので、その要旨とする処が、
仮焼炉を有するサスペンシヨンプレヒータを原料
入口端側に付属し、中心軸が水平面に対して僅か
に傾斜して支持され、且つ当該中心軸の周りの回
転速度を調節可能とし、この際その最低回転速度
を最高回転速度の50％以下となるようにしたセメ
ント原料焼成用ロータリキルンにおいて、前記中
心軸の勾配を1.5％から3.5％の間にすると共に、
最高回転速度をロータリキルン内造粒域における
胴体部分の耐火物内径を基準とした臨界回転速度
に対して20％から40％の間となした点にあるセメ
ント原料焼成用ロータリキルンを提供するもので
ある。ここに最高回転速度とは実際にロータリキ
ルンを運転することのできる最高回転速度であ
る。

続いて図面を参照して本発明を具体化した実施
例に付き説明し、本発明の理解に供する。

即ち仮焼炉２付サスペンシヨンプレヒータ１で
予熱及び部分仮焼され、830℃乃至900℃に加熱さ
れたセメント原料粉末は、続いてロータリキルン
３内に供給され、カスケード運動を行いながら出
口端側へ向け移動する間に加熱される。ロータリ
キルンの中間部付近において1200℃乃至1300℃程
度の温度領域に達した原料粉末の一部は液相を生
じて造粒作用を受け、最高温度が1450℃程度に達
するロータリキルン出口側の焼成帯にかけて造粒
物の成長が行われる。この様なロータリキルン内
での造粒現象に着眼すればロータリキルンの中間
部付近より出口側を一種の転動式造粒機と看倣す
ことができる。

一般に転動式造粒機の適正回転速度は臨界回転
速度との比で表される。ここに臨界回転速度と
は、回転胴内の原料が遠心力によりその内壁に押
し付けられたまま胴体と共に回転し、転動運動を
しなくなる限界の回転速度を意味し、回転胴の有
効直径をＤ（ｍ）とする時、臨界回転速度は
42.3／√（rpm）で与えられる。

この様な考えの下に従来の仮焼炉付サスペンシ
ヨンプレヒータ１を有するロータリキルン３につ
いて回転速度を整理した。この際、セメント原料
焼成用ロータリキルン３の場合には、臨界回転速
度の基準となる有効直径Ｄとして、厳密にはキル
ン内造粒域におけるキルン胴体３′に内張りされ
た耐火物の内面に形成される原料コーチングの平
均内径を使用すべきであるが、実用的でないため
便宜上前記造粒域における内張り耐火物の内径を
使用した。その結果仮焼炉付サスペンシヨンプレ
ヒータ１を原料入口端側に配設した前記セメント
原料焼成方式になるロータリキルン３の回転速度
は一般に臨界回転速度の10％乃至15％程度となつ
ていることがわかつた。

これに対して一般の円筒回転型転動式造粒機の
場合には、その回転速度は臨界回転速度の20％以
上となつており、中には臨界回転速度の60％前後
の回転速度で使用されている例もある。即ち、従
来のロータリキルンでは回転速度が転動式造粒機
に比較して遅く、適正な造粒条件から外れている
ため造粒機能が十分には発揮されず、成品クリン
カの粒度幅が広くなり、塊状クリンカや細粒状ク
リンカを多く含む結果となつていたのである。こ
の様な造粒機能を考慮したロータリキルンの適正
回転速度は、実際には原料組成に関する諸比率、
原料中の微量成分とりわけアルカリ分とマグネシ
ア分及び液相の量等によつて異なるが、中でもロ
ータリキルン３への供給原料の仮焼率が高い場合
或いはロータリキルン３が寸法的に大きい場合
等、ロータリキルン横断面積当りの原料処理量が
多い場合には、処理能力比以上に適正回転速度が
高くなる傾向にある。しかし必要以上に回転速度
を増してもその効果は少なくなつてくる反面、動
力消費面及び設備面での不利を生じるため、ロー
タリキルン３の回転速度は臨界回転速度の40％以
下とする事が好ましい。

この様な理由により、ロータリキルン３の最高
回転速度を臨界界回転速度に対して20％から40％
の間とした場合に良好な造粒条件が得られ、且つ
ロータリキルンの回転を高速化することによる機
械的な不利を最小に抑えることができる。

次にロータリキルン３の勾配について説明すれ
ば、従来の仮焼炉付サスペンシヨンプレヒータ１
を有するロータリキルン３の勾配は一般に３％か
ら4.5％の間にあり、中でも3.5％から４％のもの
が大部分を占める。特定のキルン回転速度に対し
てロータリキルン３の勾配はキルン断面における
原料占有率、従つてロータリキルン３内での滞留
時間を所望の範囲に維持できる様に決定され、前
述の如くロータリキルン３の回転速度を造粒機能
に適した高速に選定する場合には、ロータリキル
ン３の勾配を従来と同等以下に緩くし、1.5％か
ら3.5％の間に選定するのが望ましい。中でも回
転速度との組合せとして、キルンの勾配を２％か
ら３％の間にすると共に、最高回転速度を臨界回
転速度に対して20％から30％の間にするのが最も
適切である。

さて、仮焼炉付サスペンシヨンプレヒータ１を
有するロータリキルン３（以下対象キルンと称
す）において、この様な勾配と回転速度にするこ
とのセメント原料焼成に特有の物理的意義につい
て、仮焼炉を付属しないサスペンシヨンプレヒー
タを有するロータリキルン（以下対比キルンと称
す）との比較において以下に説明する。対象キル
ンは対比キルンよりもロータリキルンへの供給原
料の仮焼率が高く、従つてロータリキルン内で行
う仮焼反応が僅かであるためキルン内容積当りの
処理能力が大きく、同一寸法のロータリキルンで
あれば約２倍のクリンカを生産できるのは周知の
通りである。このため対象キルンは対比キルンに
比べほぼ処理能力に比例した回転速度で使用さ
れ、キルンの勾配及びキルン断面の原料占有率に
は両キルンの間に顕著な差のないのが現状であ
る。即ち対象キルンでは対比キルンよりもキルン
軸方向の原料移送速度が約２倍となつている。一
方、ロータリキルン内では原料中に含まれる比較
的低融点成分の酸化鉄、アルミナ、マグネシア、
アルカリ等の化合物が液相を生じ、これを媒体と
して造粒核が形成され、焼成帯に向け原料が移送
される間に、この核の周囲に原料成分が順次結合
又は付着して粒状に成長するが、原料温度が更に
上昇すると再び固体相が増加するため、キルン内
の特定区間に造粒域が形成される。この様な造粒
域の長さはキルン軸方向の原料温度分布にも関係
するが、原料移送速度の速い対象キルンでは、対
比キルンよりも造粒域が長くなる。この際、原料
の流れ方向に見て造粒域の上流側において酸化鉄
等の造粒媒体が消費されてしまうために、下流側
においては珪酸分に富む原料が残り気味となり、
造粒作用が良好に行われ難くなる。この様な理由
からキルン軸方向のできるだけ短かい区域で造粒
を行う場合に比較的粒度の揃つたクリンカを得る
ことができ、対比キルンでは対象キルンより回転
速度が遅いにも拘わらず一般にクリンカの造粒状
況が良好で、特に細粒状クリンカが少なくなる。
キルン軸方向の造粒域を短くするためにはロータ
リキルンの勾配を従来と同等以下に緩くすると共
に、その回転速度を従来よりも高速化するのが効
果的であり、これにより一定区間内におけるカス
ケード運動の回数が増し、転動作用による造粒の
機会が増えて良好な造粒が行われる様になる。

尚、以上の説明において直径の異なる胴体をつ
なぎ合わせたロータリキルンについては、臨界回
転速度の算定基準となるロータリキルン内径とし
てキルン内造粒域に対応する部分の耐火物内張り
内径を選定すれば良く、例えば第３図ａに示すよ
うな直筒状胴体２１に比べて、サスペンシヨンプ
レヒータ１との接続部ガス通路の断面積を広くと
るために入口端部における胴体２３の直径を出口
側胴体２４より大きくしたロータリキルン２２
（第３図ｂ参照）や、逆にロータリキルン焼成帯
での熱負荷を低減するために出口側胴体２７の直
径を入口側胴体２６の直径より大きくしたロータ
リキルン２５（第３図ｃ参照）では、夫々造粒域
を含む胴体２７，２７の直径を使用する。図中、
２８はロータリキルンの入口端部における原料の
逆流を防止するための絞りである。またロータリ
キルンをその軸方向に複数区分に分割して夫々別
個に駆動する場合には、造粒域を含む区分胴のみ
を本発明に従つて高速に回転させることも可能で
ある。

以上の説明において明らかとなつた本発明の技
術的範囲は、図示し又は上記した仮焼炉付サスペ
ンシヨンプレヒータの種類や仮焼炉での原料の仮
焼度合、或いはクリンカ冷却機の種類等には制限
されず、例えば仮焼装置として多段式のものや、
冷却機として堅型充填層式のものを使用すること
も可能で、この場合にもクリンカ粒度幅が狭いた
め冷却空気の偏流等の操業上の問題を伴うことが
なく、これにより焼成工程での燃料消費量の低減
を達成することができる。

本発明は以上述べた如く、クリンカ形成時の造
粒機能の重要性に着眼して、仮焼炉を有するサス
ペンシヨンプレヒータを原料入口端側に付属し、
中心軸が水平面に対して僅かに傾斜して支持さ
れ、且つ当該中心軸の周りの回転速度を調節可能
とし、この際その最低回転速度を最高回転速度の
50％以下となるようにしたセメント原料焼成用ロ
ータリキルンにおいて、前記中心軸の勾配を1.5
％から3.5％の間にすると共に、最高回転速度を
ロータリキルン内造粒域における胴体部分の耐火
物内径を基準とした臨界回転速度に対して20％か
ら40％の間となしたことを特徴とするセメント原
回転成用ロータリキルンであるから、ロータリキ
ルンに必要な熱伝達機能、原料層の均一加熱機能
及び輸送機能を満たした上にロータリキルン内で
の造粒状況を著るしく改善することができるの
で、適正粒度の粒状クリンカの量が増大し、クリ
ンカの粒度幅が狭くなり、また焼け斑が少なく均
質なクリンカが焼成され、更に細粒状クリンカ及
び塊状クリンカが減少するため、クリンカ冷却機
において通気性格子上のクリンカ層を貫流する冷
却空気の流れを冷却機の幅方向に均一化して冷却
効率を向上させると同時に、成品クリンカの温度
が低下することににより後続の粉砕工程における
処理能力の増加と粉砕消費動力の低減に効果があ
り、且つ最終セメント製品の組成及び温度面での
品質を向上させるものであり、更にクリンカ冷却
機における赤い河に基づく通気性格子や側壁金物
の焼損を防ぐ一方、ロータリキルンの高速回転に
伴いキルン内張り耐火物の最高上昇温度が低下す
るため耐火物の寿命が延びることにより、従来よ
りも長期間に亘る連続操業が達成できる等、キル
ン回転速度の増速に伴なう駆動動力の増加を補つ
て余りある多面的効果をあげることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は仮焼炉を有するサスペンシヨンプレヒ
ータを原料入口端側に配設したロータリキルンを
含むセメント原料焼成装置の一例を示す線図的系
統図、第２図は第１図における−矢視断面
図、第３図ａ〜ｃは種々のロータリキルンの形状
を示す概略側面図である。 （符号の説明）、１……サスペンシヨンプレヒ
ータ、２……仮焼炉、３……ロータリキルン、４
……クリンカ冷却機、１４……通気性格子、１５
……破砕機、１６……成品コンベア、１９……ク
リンカ層、１９ａ……細粒クリンカ層、１９ｂ…
…粗粒クリンカ層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 仮焼炉を有するサスペンシヨンプレヒータを
   原料入口端側に付属し、中心軸が水平面に対して
   僅かに傾斜して支持され、且つ当該中心軸の周り
   の回転速度を調節可能とし、この際その最低回転
   速度を最高回転速度の50％以下となるようにした
   セメント原料焼成用ロータリキルンにおいて、前
   記中心軸の勾配を1.5％から3.5％の間にすると共
   に、最高回転速度をロータリキルン内造粒域にお
   ける胴体部分の耐火物内径を基準とした臨界回転
   速度に対して20％から40％の間となしたことを特
   徴とするセメント原料焼成用ロータリキルン。 ２ 上記勾配を２％から３％の間とする特許請求
   の範囲第１項に記載したロータリキルン。 ３ 上記最高回転速度を臨界回転速度に対して20
   ％から30％の間とする特許請求の範囲第１若しく
   は２項に記載したロータリキルン。 ４ 上記最高回転速度が実際に運転しうる最高回
   転速度である特許請求の範囲第１項、第２項、若
   しくは第３項に記載したロータリキルン。