JPS6283031A - 原料粉末等の焼成方法とその装置 - 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】 「産業上の利用分野」 この発明は、原料粉末等の焼成方法及びその装置に関し
、特にたとえばセメント原料、アルミナ原料又は石灰石
粉末等の焼成方法および装置に関する。

「従来技術」 従来から、たとえば、セメント粉末原料を焼成してクリ
ンカを得るための装置としては、（Ａ）　　いわゆるサ
スペンシラン式原料予熱装置、独立した熱源を有する仮
焼装置、焼成用のロータリキルンおよびクリンカの冷却
装置等を具備したもので、たとえば特開昭６０−６５７
５２号公報に開示されているもの、 （Ｂ）　　独立した熱源を有する流動層式焼成炉、空気
予熱器および原料予熱器などからなるｐｙｚｅ１方式に
よるもの、 （Ｃ）　　予め小径のベレット状に造粒されたセメント
原料を投入する竪型の原料予熱装置、流動化用ないしは
燃焼用二次空気としての熱風供給装置、それぞれ独立し
た熱源を有する２段式流動焼成炉および充填層式のクリ
ンカ冷却装置等を含有してなるもの、 （Ｄ）　　独立した熱源を有する仮焼炉と組合わせた原
料予熱装置、高温分離器、未焼成原料分離器、独立した
熱源を有する焼成炉およびクリンカの冷却装置等が含ま
れるように構成し、未焼成原料等をクリンカ冷却装置に
投入されるに到るまで、該高温分離器、未焼成原料分離
器および焼成炉の連結により形成されるひとつの閉回路
中を高温状態で確実に循環、滞留せしめるようにすると
ともに、該焼成炉の出口から排出される該高温排ガスを
それら高温分離器、未焼成原料分離器、仮焼炉を経て、
該原料予熱装置に導くようにしたもの　　・で、たとえ
ば、特公昭６０−１３７３７号公報に開示されているも
の、 の４Ｍｍを典型例としてあげることができる。

特に、ここで、以下の説明の便宜を図るため、第６図を
参照して上記（Ａ）方式の一典型例について説明する。

なお、この第６図は上記特開昭６０−６５７５２号公報
中の第１図に相当するものである。

第６図は、セメント原料粉末を予熱、仮焼、焼成、冷却
する工程を示す線図的系統図で、図中の実線矢印は熱風
の排ガスの流れを、又破線矢印は原料粉末の流れを示し
ている。

この装置は、主として、原料粉末子熱用サイクロン等の
粉末分離器０１〜Ｃ３を縦方向に配列してなる予熱装Ｗ
１．ダスト排出口を後述する焼成炉３の入口端覆１２に
接続した分離サイクロンＣ４、クリンカ焼成用のロータ
リキルン等の焼成炉３、及びクリンカ冷却装置４より構
成されている。

このようなセメントａ料焼成装置では、投入シュート５
より投入された原料粉末は、予熱用サイクロンＣ１〜Ｃ
３を経由しながら順次降下する。

これに対して、焼成炉３及びこの焼成炉３の入口端ｆｆ
１２に連通状に設けられた仮焼炉２から供給□　されて
くる高温の排ガスは、誘引通風器８によって吸引されて
原料予熱装置１内を上昇する。従って、ダクト７内及び
サイクロン０１〜Ｃ３内においては、原料粉末と高温排
ガスとの混合、熱交換および分離が繰り返される。

こうして、予熱された原料粉末は、原料予熱装置ｌから
予熱原料シェード１４を通って仮焼炉２へ導入される。

また、このような仮焼炉２には、クリンカ冷却装置４か
ら延長されてきた抽気ダクト１３が接続されており、ク
リンカ冷却装置４において生した高温の焼成用二次空気
が仮焼炉２に導入されている。したがって、仮焼炉２で
は、この高温の燃焼用二次空気と、独自に専存するバー
ナ６＆から燃焼用−次空気と共に供給される燃料とによ
って燃焼が起こり、その燃焼熱と焼成炉排ガスのもつ熱
を受けることにより原料粉末が仮焼される。

仮焼された原料粉末は、仮焼炉２の燃焼ガス出口２ｆ側
に接続された粉末分離器としての分離サイクロンＣ４に
燃焼ガスと共に入って分離された後、仮焼原料シュート
１５を介して焼成炉３の入口端覆１２に送られ、該焼成
炉３に入れられる。

次いで、原料粉末は、焼成炉３の原料の流れに対し下流
下端側に設置したバーナ６Ｉ、から供給される燃料の燃
焼熱により、焼成炉３内で必要な熱処理が施されて、ク
リンカになったのら冷却装置４で冷却される。

尚、クリンカ冷却用の空気は押し込み送風機１０によっ
て供給され、クリンカと熱交換を行って昇温した空気の
一部は、上述の如く仮焼炉２及び焼成炉３に分配導入さ
れるが、余剰の空気は誘引通風機９により排出される。

そして、クリンカ冷却装置４から出たクリンカはコンベ
ア１１によって次工程へ搬出される。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、上記のうち、現在主として実用化されている
（Ａ）方式のものでは、粉末原料の脱炭酸反応は、はと
んどすべて上記サスペンション式原料予熱装置および独
立した熱源を有する仮焼炉内で行われるため、仮焼原料
の焼成を行うロータリキルンは、そのような仮焼炉が組
込まれていない場合に比べて、ある程度規模を小さくす
ることができるとはいえ、該ロータリキルン内における
伝熱は、堆積されたセメント原料層表面とキルン内高温
ガスとの接触を介して行われる関係上、伝熱効率は良好
とはいえない。

したがって、焼成関係設備が大きくなり、その結果必然
的に、放熱損失、設備の据付け、占有面積および該設備
の駆動用動力などの増大を招来する。

そのうえ、仮焼原料の焼成のために高温火炎の形成が必
要であることから、ＮＯｘなどのような有毒ガスの多発
およびキルン内の焼成帯における過大な熱負荷に起因す
る該キルン内張り耐火物の激しい焼損、短い耐用期間と
いう不都合が認められる。

さらに、処理工程中での生成りリンカに着目すると、そ
の粒度構成は１１以下の微細なものから数１０ｍ＋ｗの
大粒のものまで広範囲に分布しており、冷却装置内での
該クリンカの偏析によって、冷却効率が低められる。ま
た、転勤するロータリキルン内でのクリンカの運動（循
環）を見ると、粗粒子がその外側を細粒子がその内側を
動くことになるため、所期のクリンカ品質を得ようとす
る場合、粗粒子は過焼となり、細粒子は焼成が不十分と
なって、クリンカの品質にバラツキが生じ、後続のセメ
ントミルでの粉砕性を悪くする。

次に、いまだパイロ７）・プラントの段階にあるものと
思われるＣＢ）方式では、クリンカの有する顕熱の回収
、利用がなされておらず、しかも該焼成炉の流動層内で
のクリンカ粒生成の核として、冷却された後の４粒クリ
ンカを循環させているため、熱消費量の節減は期待でき
ない。

−万、（Ｃ）方式のものは、現在までのところ実用化さ
れるに到っていないようである。これは■　原料予熱装
置に投入するペレット状セメント原料の乾燥のために、
相当な熱量が必要となること、 ■　それらペレットの内部と外部とで、脱炭酸反応およ
び焼成反応の進歩程度がどうしても不均一となり、した
がってクリンカとしての性状にバラツキが生じやすいこ
と、 ■　仮焼炉付のサスペンション式原料予鳩装置の通用が
不可能なため、所要の流動層式焼成炉が大型となり、そ
の結果、熱消費量の低減を図ることができず、またペレ
ット造粒設備を必要とするので、それだけ全体の設備費
が増大することなどの不利、欠点があるためと考えられ
る。

また、（Ｄ）方式では、前記公報中を見れば、上記（Ａ
）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）の各方式に認められる不都
合、不利、欠点などが解消され、たとえば装置全体の設
備面積の縮少、熱消費量の低減、Ｎｏ８など有害ガスの
発生防止、内張り耐火物の寿命延長などが可能となり、
しかも、ロータリ・キルン方式に比べて粒子が小径のク
リンカが得られるので、セメントミルの粉砕動力も小さ
くて済むとしている。しかしながら、このような方式で
は、焼成炉における造粒クリンカを焼成炉内に堆積させ
ずに、上昇ガスに同伴させるためには、流動層内のガス
速度を高速（終端速度以上に）する必要がある。その場
合該焼成炉内の原料の滞留時間は極めて短いものとなり
、且つ分ｇ！器内と焼成炉内を多量の高温原料が循環す
ることとなって、粒径にバラツキが生じ、熱効率の点で
極めて劣るとともに、液相成分が多い場合では、ダクト
部及び分離器部での原料の融着の危険性が高く、そのた
めに別途、特別の機構を設けなければならない。

これでは、実際の使用においては、必ずしも、上述の効
果を奏することができず、実用化の点で極めて困難とな
っている。

「発明の目的」 それゆえに、この発明の主たる目的は、ＮＯ８などの有
毒ガスの発生防止、内張り耐火物の寿命延長など従来技
術における上記問題点を悉（解消することであって、殊
に熱交換性に優れ、熱消費量の低減および装置全体のコ
ンパクト化を図ると共に、粒径が均一かつ小径で、冷却
効率を向上し、たとえば、セメントミルの粉砕効率を低
減させるようなクリンカを製造可能とする原料粉末の焼
成方法を提供すると共に、その焼成方法に最適の装置を
提供することである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、この発明が採用する主たる
手段は、その方法においては、独立した燃焼手段を有す
る仮焼帯を用いて、原料粉末の仮焼処理を行う原料予熱
工程と、前記予熱工程に続き、前記予熱された原料粉末
を焼成するための独立した燃焼手段を配備した焼成工程
と、前記焼成工程に続く焼成原料の冷却工程とを経て行
われる原料粉末の焼成方法において、前記焼成工程に導
入された高温排ガス中に、この流れ方向に見て下流側に
前記原料予熱工程から送られてくる原料粉末を投入し、
順次同上流側に、この高温排ガスを前記冷却工程から導
入すると共に、前記焼成工程中に導入された高温排ガス
の通過速度を高速度から低速度に段階的に変化させ、こ
の高温排ガスに搬送される前記原料粉末の焼成を行い、
前記焼成によって、所定の大きさに造粒された粗粉原料
のみを、後続する前記冷却工程に供給してなる点であり
、その方法を好適に行うための装置においては、独立し
た燃焼手段を有する仮焼炉を装備した原料予熱装置と、
前記予熱された原料粉末を焼成するための独立した燃焼
手段を有する焼成炉と、前記焼成された焼成原料を冷却
するための冷却装置とを備えてなる原料粉末の焼成装置
において、導入される高温排ガスの流れ方向に見て、前
記焼成炉の下流側に、前記原料予熱装置から供給されて
くる原料粉末を導入するための投入口を設け、かつ同上
流側に前記冷却装置から供給されてくる高温排ガスを導
入するための開口を形成し、加えて、前記焼成炉の内壁
を少なくとも１以上の棚段状に形成し、前記上流側はど
前記焼成炉の断面積が小さくされてなる点である。

「発明の効果」 この発明によれば、Ｎｏヶなどの有毒ガスの発生防止、
内張耐火物の寿命延長などが可能となり、加えて、熱交
換効率が改善されることによって、焼成炉等の諸装置を
コンパクト化し、燃料の消費および排ガス中のＮＯｘを
削減することができる。

また、焼成された原料粉末の粒径が均一かつ小径となる
ので、たとえば、冷却装置での冷却性およびセメントミ
ルでの粉砕性が良いクリンカを製造することができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は図面を参照して行う以下の実施例の詳細な発明から一
層明らかとなろう。

「実施例」 第１図はこの発明の一実施例にかかる焼成装置の要部を
示す線図的系統図、第２図はこの発明の他の実施例にか
かる焼成装置の要部を示す線図的系統図、第３図はクリ
ンカ粒子径と終端速度との関係を示すグラフ、第４図お
よび第５図は焼成炉のそれぞれ異なったタイプの変形例
を示す説明図である。

なお、以下の実施例はこの発明の一具体例にすぎず、こ
の発明の技術的範囲がこの実施例によって限定されるも
のではない。

また、第６図に示した従来の原料粉末の焼成装置と共通
する要素には同一の符号を使用して説明する。

第１図において、原料粉末の焼成装置は、第６・図にお
いて示した仮焼炉２を装備し、原料粉末の流れ（図中破
線）に対し、下流側に位置する焼成炉３０および後続の
冷却袋Ｗ１４を具備している。

尚、この実施例における予熱装置は、第６図で示した従
来のものとその構成および機能が同一のため図示および
説明を省略する。

焼成炉３０は、その上端部が仮焼炉２の下部スロート２
Ｉ、を介して、仮焼炉２に接続され、その下端部が焼成
炉３０の下部ノズル３１を介して、冷却袋Ｗ４に接続さ
れている。したがって、この下部ノズル３１からは、冷
却装置４の高温排ガスが導入されると共に、焼成炉３０
において粒造された焼成原料（クリンカ）が冷却装置４
に向けて排出されることになる。

焼成炉３０の上部は、分離サイクロンＣ１および仮焼原
料シュート１５を介して原料予熱装置１（第６図）から
供給されてくる原料粉末を導入する入口（図示せず）を
設けた円筒部３０ｅと、上開きの円錐部３０□　（小室
）とからなり、同下部は、以下順に径が減少する下絞り
の円錐形を成した小室３０Ｉ、、３０ｃおよび３０Ｊか
ら構成されている。

この場合、円錐部３０１および各小室３０Ｉ、。

３０ｃ、３０ａの相上下する接続部の開口面積は、たと
えば、排ガスの流れ方向に見て、この上流側はど小さく
なるように設定されており、各接続部は焼成炉３０に対
して、いわば棚段状に縮径された部分となっている。こ
れにより、焼成炉３０においては、上記上流側はど高温
排ガスのガス流の速度は早く、同下流側はど高温排ガス
のガス流の速度は遅くなる。

なお、焼成炉３０の下部ノズル３１および各小室３０ｂ
　、　　３０ｃ　、　　３０ｃ間の開口部を通過する高
温排ガスの流速は、第３図に例示した様なりリンカ粒子
径と終端速度の関係並びに炉内温度条件、ガス量等を考
慮し、適宜決定される。

従って、原料予熱装置１　（第６図）において仮焼がほ
とんど終り、仮焼原料シュート１５を通って焼成炉３０
の最上段の小室３０４に投入されてくる原料粉末は、ま
ずこの小室３０１の内壁面に沿って落下し、続いて小室
３０．の下部開口においてその直下に接続されている小
室３０トから比較的高速度で吹き上がってくる高温排ガ
スにより上方に吹き上げられ、一方、上部においては、
比較的低速度になった排ガスから離れて再度落下する。

このようにして原料粉末は、小室３０．内において第１
段階の昇降運動を繰り返し行うことになり、このとき、
排ガスとの熱交換、焼成および造粒が行われる。なお、
小室３０．の内部には、その下部開口部から原料粉末が
排出されない限り、通常、上記仮焼原料シュート１５か
ら連続的に原料粉末が投入されてくるので、高濃度の状
態にされた原料粉末が滞留することとなる。これにより
、原料粉末の高温排ガスとの熱交換および原料粒子の粗
大化（造粒）を効率よく行うことができる。

次いで、小室３０．の下部開口部から後続の小室３０Ｉ
、内に落下し得るほどの大きさに成長した原料粒子は、
小室３０１．から吹き上がってくる排ガスのガス流速に
逆らって、小室３０ト内に落下し、続いて上記小室３０
．において説明した場合と同様の運動を行い、この小室
３０＋、内においても、直下に接続される小室３０ｃか
ら比較的高速度で吹き上がってくる高温排ガスによって
吹き上げられる。

このとき、小室３０ｂ内では、原料粒子の第２段階の昇
降運動が繰り返され、排ガスとの熱交換、焼成反応の進
行および粒子の粗大化（造粒）が行われる。そして、こ
の原料粒子が、小室３０゜から吹き上がってくる排ガス
のガス流速に逆らって、小室３０トの下部開口部から後
続の小室３０ｃ内に落下し得るほどに粗大化したとき重
力によって小室３０ｃ内に落下する。

以下、順次、小室３０ｃおよび３０ａにおいても、同様
の粒子の昇降運動と熱交換、焼成および造粒が繰り返し
行われ、所定粒度に焼成された原料が下部ノズル３１か
ら冷却装置！４に排出される。

以上のように、下段の各小室から吹き上がってくる排ガ
スのガス流速が上段に昇るにつれて順次低くなるように
設定されるので、焼成炉３０内の各室３０．〜３０．Ｉ
では、ある決まった粒径の粒子しか存在しなくなる。そ
のため、その造粒構成は、ロークリキルン等一般的な転
勤造粒に見られるレアリング（雪だるま式造粒）ではな
くペアフォーメーション（合体式造粒）が主となる。従
って、最終的な原料粒子としては、空隙が多くロータリ
キルンのクリンカに比べ粒子のみかけ密度が低いクリン
カとなるとともに、その粒度構成においては、ロータリ
キルンのクリンカに比べ捲めて粒度のそろったクリンカ
となる。

第６図に例示したような従来方式の場合では、冷却装置
４においてクリンカの偏析によって吹抜けや冷却され難
い微細な高温クリンカ流（赤い川）が発生し、冷却効率
の低下や場合によっては冷却機の焼損が生じていたが、
ここでは、それらが防止され生成クリンカの高い冷却性
と相俟って、高い冷却効率と機器寿命の大中な延長が達
成できることになる。さらに、ペアフォーメーションに
よって生成されたクリンカは、後続のセメントミルでの
粉砕性にも優れ、大幅なミル動力の低減と能力の向上が
達成できることになる。

尚、焼成のための熱を供給するバーナ２６ｂは、通常、
最下段の小室３０．１又は最下段の一つ上の小室３０．
に少なくとも一本以上が設置されるが、他に全小室３０
ａ〜３０．１の各々に少なくとも１つ以上のバーナを設
置することもできる。

一方、ＮＯｘの発生量を見ると、ロータリキルン式の場
合、キルン内の最高温度は２０００℃を越えるため極め
て高い発生量となることが分かっているが、この実施例
の場合、熱交換性が良いため、炉内最高温度がクリンカ
焼成温度１４５０℃を超えてそれほど高い温度にならず
、ＮＯｘの発生量も極めて低い値に抑えられるという利
点がある。

次に、第２図において、この発明にかかる他の実施例装
置について説明する。この例では、第１図に示す実施例
装置に比べ、焼成炉３０と仮焼炉２の間に、焼成炉排ガ
ス導管３４と微粉原料分離器３２とを設けた点で異なり
、焼成炉３０のコンパクト化を計ったものである。

この実施例装置の場合、焼成炉３０の最上室上部断面の
ガス流速を仮焼原料シュート１５からの原料性状に制限
されることなく比較的高めに設定できるため、相対的に
焼成炉３０の最大断面積を小さくできるともに、小室数
の減少も可能で、それにより焼成炉３０の容積、高さ等
を小さくすることができるという利点がある。

なお、焼成炉排ガス導管３４内を通る排ガスと原料との
設定温度は、液相生成開始温度（約１２５０℃）以下に
保たれ得るので、この導管３４および微粉原料分離器３
２のそれぞれの内壁に対する原料の融着は生じない。

さらに、この実施例装置では、分離サイクロンＣ４から
送られてくる仮焼された原料粉末の一部又は全部が、仮
焼原料シュート１５から分岐された仮焼原料シュート１
５ｂを通じて焼成炉排ガス導管３４に投入される。この
ため、この装置では、突発的な同導管３４での温度上昇
に対し、上記仮焼原料が投入され、温度面でのトラブル
において速やかに対処され得る。

また、微粉原料分離器３２は、焼成炉３ｏの一個所又は
複数個所に、分離サイクロンｃ４において補集された原
料粉末と同様に補集した原料粉末を再投入するべく、ン
ユート３３．およびこれから分岐されたシェード３３ｂ
を介して連通している。

以上、第１図および第２図に示す実施例装置では、焼成
炉の中心線が重力方向とほぼ同一で、かつその構造は、
縦断面において、線対称となっている。しかしながら、
この他に、第４図に例示す２るように、焼成炉３０’の
中心ρ１が重力方向とある角度をもって傾斜する構造、
あるいは、第５図に例示するように、焼成炉３０″の縦
断面において、片面３０．”垂直でその対向面側に棚段
が設けられている構造等もこの発明の趣旨に沿うもので
ある。なお、焼成炉を棚段状に区切る小室は少なくとも
１つあればよく、その数は限定されることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる焼成装置の要部を
示す線図的系統図、第２図はこの発明の他の実施例にか
かる焼成装置の要部を示す線図的系統図、第３図はクリ
ンカ粒子径と終端速度との関係を示すグラフ、第４図お
よび第５図は焼成炉のそれぞれ異なったタイプの変形例
を示す説明図、第６図はこの発明の背景となる従来の原
料粉末の焼成装置を示す線図的系統図である。 （符号の説明） ２・・・仮焼炉　　　　　　４・・・冷却装置３０・・
・焼成炉　　　　　３０１・・・円錐部（小室）３０ｂ
〜３０ａ・・・小室 ３１・・・下部ノズル　　　３２・・・微粉原料分離器
３４・・・焼成炉排ガス導管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、独立した燃焼手段を有する仮焼帯を用いて、原料粉
   末の仮焼処理を行う原料予熱工程と、前記予熱工程に続
   き、前記予熱及び一部仮焼された原料粉末を焼成するた
   めの独立した燃焼手段を配備した焼成工程と、 前記焼成工程に続く焼成原料の冷却工程とを経て行われ
   る原料粉末の焼成方法において、 前記焼成工程に導入された高温排ガス中に、この流れ方
   向に見て下流側に前記原料予熱工程から送られてくる原
   料粉末を投入し、順次同上流側に、この高温排ガスを前
   記冷却工程から導入すると共に、 前記焼成工程中に導入された高温排ガスの通過速度を高
   速度から低速度に段階的に変化させ、この高温排ガスに
   搬送される前記原料粉末の焼成を行い、 前記焼成によって、所定の大きさに造粒された粗粉原料
   のみを、後続する前記冷却工程に供給してなる原料粉末
   等の焼成方法。 ２、独立した燃焼手段を有する仮焼炉を装備した原料予
   熱装置と、前記予熱された原料粉末を焼成するための独
   立した燃焼手段を有する焼成炉と、前記焼成された焼成
   原料を冷却するための冷却装置とを備えてなる原料粉末
   の焼成装置において導入される高温排ガスの流れ方向に
   見て、前記焼成炉の下流側に、前記原料予熱装置から供
   給されてくる原料粉末を導入するための投入口を設け、
   かつ同上流側に前記冷却装置から供給されてくる高温排
   ガスを導入するための開口を形成し、加えて、 前記焼成炉の内壁を少なくとも１以上の棚段状に形成し
   、前記上流側ほど前記焼成炉の断面積が小さくされてな
   る原料粉末等の焼成装置。