KR20020027641A - 롤러를 사용하는 밀내에서 시멘트 클링커의 분쇄능을개선시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시멘트 클링커를 롤러와 접촉하여 분쇄되도록 도입시켜 클링커를 입자로 분쇄시키는 단계; 및 상기 클링커 및/또는 롤러에 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 중합체를 하나 이상 포함하는 결합-조밀화제를, 클링커의 건조 중량을 기준으로, 0.001 내지 0.5%의 양으로 도입시키는 단계를 포함하는, 롤러를 사용하는 시멘트 클링커 분쇄 방법을 개시하고 있다. 클링커는 단독으로, 또는 다른 점토계 또는 포졸란계 물질과 함께 분쇄될 수 있다.

Description

롤러를 사용하는 밀내에서 시멘트 클링커의 분쇄능을 개선시키는 방법{PROCESS FOR IMPROVING GRINDING OF CEMENT CLINKER IN MILLS EMPLOYING ROLLERS}
츠엉(Cheung) 등의 미국 특허 제 5,720,796호에는 폴리아크릴산 또는 그의 알칼리 금속염 0.002 내지 0.2중량%를 물 약 4% 이하와 함께 사용하는 롤 프레스의 용광로 슬래그 공급물 처리용 분쇄 보조제가 개시되어 있다. 이러한 롤 프레스는 과립화된 용광로 슬래그가 그를 통하여 공급되어 더욱 미세한 입자가 되도록 분쇄되는 대향 롤러로 구성되어 있다.
반면, 본 발명은 선택적으로 점토와 같은 점토계 물질, 또는 천연 포졸란, 비산회, 석회암, 용광로 슬래그 등과 같은 포졸란계 물질과 함께 상호분쇄될 수 있는 시멘트 클링커의 분쇄에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 과립화된 용광로 슬래그와는 상이한 경도 및 형태를 갖는 다른 분쇄 물질을 고려한다. 이러한 경우, 시멘트 클링커는 1 내지 3cm의 입경을 갖는 회전 타원체의 형태로 제공된다.
또한, 본 발명은 롤 프레스와는 상이한 배열로 롤러를 사용하는 롤러 밀의 사용에 적용될 수 있다. 롤러 밀은 환상 경로를 이동하는 분쇄 테이블 위에서 회전하는 분쇄 롤러의 세트, 및 롤러 및 분쇄 테이블 위에 탑재된 분급기를 갖는다.
롤러 밀은 점토, 클링커, 석고, 천연 포졸란, 석회석 및 용광로 슬래그와 같은 고체 물질을 분쇄하고 분급하도록 설계된다. 따라서, 전형적인 롤러 밀은 하나의 원형 하우징 단위 또는 봉입물 내에 롤러 세트, 직경이 전형적으로 30in 내지 200in인 롤러 테이블, 및 분급기 부품을 갖는다. 이러한 롤러 밀의 예는 본원에 참고로 인용된 미국 특허 제 3,951,347호의 도 1에 도시되어 있다. 롤러 밀은 시멘트 제조 공장에서의 원료 분쇄 및 마감 물질 분쇄용으로 사용된다. 원료 및 마감된 물질 둘 다의 분쇄에 있어서, 물질을 롤러 테이블의 중심에 운반 또는 공급하고 테이블 표면에 분배시켜 물질의 층을 형성한다. 단위의 원심력은 물질을 테이블 중심으로부터 테이블 외곽 가장자리로 이동시킨다. 물질의 층이 롤러와 테이블 사이를 통과함에 따라, 물질은 점차 분쇄된다. 분쇄된 물질이 분쇄 테이블 가장자리에 도달할 때, 가볍고 작은 입자들은 공기 스트림에 의해 제품으로서 사이클론으로 상향 운반되고, 무겁고 굵은 입자들은 슬롯을 통해 떨어져서 재분쇄를 위해 결국 테이블의 중심으로 재순환된다.
종종, 테이블 상의 큰 롤러 세트가 구동됨으로써 진동이 발생하는데, 이는롤러와 테이블 사이에 위치한 물질의 층이 균일한 두께를 갖는 층을 형성하지 않거나 분쇄 롤러에 의한 층 물질의 압밀(compaction) 후에 롤러 뒷쪽에서 공기 돌풍이 발생하기 때문에 일어난다고 알려져 있다. 많은 제조자들은 예컨대 롤러 패턴 및 테이블 디자인을 변화시킴으로써 테이블, 물질층 및 롤러 사이의 마찰력을 증가시켜 분쇄 효율 또는 층 안정성을 향상시키려 시도하였다.
본 발명의 목적중 하나는 화학적인 수단에 의해 물질층의 안정성 및 균일성을 향상시킴으로써 시멘트 클링커가 롤러에 의해 분쇄되는 효율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 하나의 목적은 일반적으로는 시멘트 클링커를, 단독으로 또는 다른 점토와 같은 점토계 물질 또는 천연 포졸란, 비산회, 석회석, 용광로 슬래그와 같은 포졸란계 물질 또는 이들의 혼합물과 함께 곱게 분쇄하기 위해 롤러의 응력을 사용하는 롤러형 밀의 분쇄능을 향상시키는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 시멘트 클링커를 단독으로 또는 점토와 같은 점토계 물질 또는 천연 포졸란, 석회석, 용광로 슬래그를 포함하는 포졸란계 물질 또는 이들의 혼합물과 함께 롤러를 사용하여 시멘트 입자로 분쇄시키는 분쇄 조작능을 개선시키기 위한 결합-조밀화제의 사용에 관한 것이다. 미립자 물질의 롤러-구동 분쇄의 분쇄 효율이 제공되고, 특히 분쇄 조작이 롤러 밀을 필요로 하는 경우, 분쇄 테이블 상의 물질층의 균일성 및 안정성은 롤러 밀의 진동이 감소되는 정도까지 상당히 향상된다.
본 발명의 예시적인 방법은 시멘트 클링커를 롤러와 접촉하여 분쇄되도록 도입시켜 클링커를 시멘트 입자로 분쇄시키는 단계; 및 상기 클링커 또는 롤러에 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 중합체를 하나 이상 포함하는 결합-조밀화제를, 롤러에 도입된 시멘트 클링커의 건조 중량을 기준으로, 0.001 내지 0.5%의 양으로 도입시키는 단계를 포함한다.
분쇄 조작으로의 클링커의 공급물 스트림은 일반적으로 평균 직경이 1 내지 3cm인 입자를 포함한다. 클링커는 평균 입자 크기가 약 100 내지 1000μ인 더욱 작은 입자로 분쇄된다. 본 발명에서 고려되는 결합-조밀화제는 여러 크기의 시멘트 입자들을 부착시켜, 압밀될 때(즉, 더욱 큰 질량/체적비로 인해 조밀화될 때) 클링커/입자의 물질층의 균일성 및 분쇄 효율 둘 다가 향상되도록 한다. 결합-조밀화제 중합체는 포졸란계 물질이 롤러 또는 분쇄 표면에 침착되기 전에 포졸란계 물질 속에 도입되거나, 대향 롤러(예를 들어 롤 프레스의) 사이 또는 롤러와 분쇄 테이블 표면 사이(예를 들어 롤러 밀의)에 침착되기 전에 물질의 층에 도입될 수 있다. 상기 중합체는 심지어 롤러와 분쇄 테이블 표면 주위 또는 위에서 소용돌이치는 공기 스트림(롤러 밀) 속에 도입될 수 있다.
본 발명의 방법 및 조성의 추가적인 이점 및 특징은 다음의 예시적인 양태의 상세한 설명에서 더욱 명백해질 것이다.
본 발명은 시멘트 클링커 분쇄용 첨가물의 용도에 관한 것이며, 더욱 특히는 시멘트 클링커를 분쇄하기 위해 롤러를 사용하는 밀 내에서의 하나 이상의 고분자량 중합체 및 선택적인 추가의 포졸란계 물질(pozzolanic material)의 용도에 관한 것이다.
포틀랜드 시멘트 클링커는 탄산칼슘(예: 석회석), 규산알루미늄(예: 점토 또는 이판암), 이산화규소(예: 모래) 및 혼합된 산화철을 포함하는 성분의 혼합물을 하소시킴으로써 제조된다. 하소 공정중에, 화학 반응이 일어나 통상적으로 클링커라 불리는 경화된 단괴(nodule)가 형성된다. 클링커를 냉각시킨후, 마감 분쇄 밀 내에서 소량의 석고(황산칼슘)와 함께 분쇄하여 포틀랜드 시멘트라 공지된 미세하고 균일한 분말상 제품을 수득한다.
따라서 본 발명의 방법에 의해 제조되는 시멘트 조성물은 일차적으로 시멘트 클링커를, 다르게 말하면 포틀랜드 시멘트 40중량% 이상, 더욱 바람직하게는 80중량% 이상을 포함한다. 또한, 이차적인 점토계 또는 포졸란계 물질, 예를 들어 점토, 천연 포졸란, 비산회, 석회석, 용광로 슬래그 또는 이들의 혼합물이 시멘트 클링커에 혼합될 수 있다.
전형적인 롤러 밀은 일반적으로 롤러, 테이블 및 분급기를 수용하는 하나의 통상적인 하우징(전형적으로 원통형) 속에 다수의 롤러, 직경이 전형적으로 30in 내지 200in인 수평형 분쇄 표면(또는 "롤러 테이블"), 및 분급기를 갖는다. 물질은 밀 하우징 내로 운반되고(예컨대 파이프에 의해) 분쇄 테이블의 중심에서 분배되어 미립자 물질의 층을 형성하고, 이 층은 압밀되고 롤러와 테이블 사이에서 분쇄된다. 각 롤러 세트는 전형적으로 원회전하는 분쇄 테이블 위의 축점 주위로 회전한다. 분쇄 테이블의 구동에 의해 생성된 원심력은 물질을 테이블의 중심으로부터 외곽 가장자리로 이동시킨다. 물질의 층은 롤러와 테이블 사이로 통과될 때 분쇄시킨다. 분쇄된 물질은 분쇄 테이블의 외곽 가장자리 위로 흩뿌려지고 여기서 가볍고 작은 입자들은 공기 스트림에 의해 롤러 밀 하우징의 상부에 탑재된 분급기로 상향 운반된다. 한편, 분쇄 테이블의 외곽 가장자리 위에 흩뿌려진 무겁고 굵은 입자들은 슬롯을 통해 떨어져서 결국 테이블의 중심으로 재순환되어 롤러와 테이블 사이에서 추가적으로 분쇄된다.
상기 본원의 배경기술란에서 언급된 바와 같이, 물질 층이 비교적 균일한 높이 또는 두께로 적층 또는 압밀되지 않을 경우 및/또는 롤러가 압축 공기의 물질 층으로부터의 돌연한 파열로 인해 균일한 방식으로 층에 연속적으로 접촉되지 않는 경우 진동이 종종 발생한다.
본 발명에서 시멘트 클링커를, 단독으로 또는 다른 시멘트 물질과 함께 분쇄하기 위해 고려되는 예시적인 결합-조밀화제는 평균 분자량 50,000 내지 500,000, 더욱 바람직하게는 100,000 내지 300,000의 단일중합체 또는 공중합체를 포함한다. 중합체는 분지형이거나 선형일 수 있으나, 바람직하게는 선형이다. 중합체는 폴리아크릴산 또는 그의 염, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리옥시에틸렌, 폴리설폰산 또는 그의 염, 폴리아미드 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 결합-조밀화제는 바람직하게는 롤러에 의해 분쇄되는 클링커 물질( 및 임의의 시멘트 물질)의 중량 기준으로 0.001 내지 0.5%의 양으로 사용된다.
본 발명의 추가의 예시적인 방법은 상이한 평균 분자량을 갖는 두 중합체를 혼합시켜 형성된 중합체의 블렌드를 갖는 결합-조밀화제의 사용을 포함한다. 예를 들어, 예시적인 결합-조밀화제는 평균 분자량 100,000 이상의 제 1 중합체 및 평균분자량 50,000 내지 100,000의 제 2 중합체를 포함할 수 있다. 제 1 중합체와 제 2 중합체의 비는 바람직하게는 1:20 내지 20:1이다. 따라서, 바람직한 제 1 중합체는 평균 분자량 150,000의 선형 폴리아크릴산 또는 그의 염을 포함할 수 있고, 바람직한 제 2 중합체는 평균 분자량 50,000의 분지형 또는 선형(더욱 바람직하게는 선형) 폴리아크릴산 또는 그의 염을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가의 예시적인 방법은 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 제 1 중합체 및 평균 분자량 100 내지 50,000의 제 2 중합체를 포함하고, 상기 제 2 중합체의 평균 분자량은 상기 제 1 중합체와 상이한 결합-조밀화제를 사용하는 것을 포함한다. 제 1 중합체 및 제 2 중합체는 1:20 내지 20:1의 비로 사용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 예시적인 방법은 상기 결합-조밀화제를 글리콜(예: 디에틸렌 글리콜), 하이드록실아민(예: 바람직하게는 3급 알칸올아민) 및/또는 그의 아세테이트염 및 포르메이트염) 또는 이들의 혼합물과 같은 하나 이상의 통상적인 분산제와 함께 도입시키는 것을 포함한다. 예를 들어, 추가적으로 트리에탄올아민, 트리이소프로판올아민, 및/또는 N,N-비스(2-하이드록시에틸)-2-프로판올아민과 같은 하이드록실아민이 본 발명의 예시적인 결합-조밀화제와 함께 사용될 수 있다. 예시적인 결합제 및 통상적인 분산제는 1:20 내지 20:1의 비로 사용될 수 있다. 둘 이상의 결합-조밀화제 중합체("A" 및 "B")가 통상적인 분산제("C")와 함께 사용될 경우, 성분들의 비(A:B:C)는 건조 중량으로 1:1:20 내지 20:20:1이 될 수 있다.
본 발명의 또 하나의 예시적인 방법은 롤러 밀의 시멘트 클링커 공급물 스트림 속에; 재생 스트림(이에 의해 굵은 시멘트 입자가 수평형 분쇄 표면 또는 테이블의 중심으로 재순환됨) 속에; 테이블 정상부 상의 시멘트 물질의 층 위에; 또는 롤러 및 테이블 주위로 소용돌이치는 공기 스트림 속에 상기 결합-조밀화제( 및 임의적인 분산제)를 도입시키는 것, 또는 상기 도입 방법의 임의의 조합을 포함한다.
분배 목적을 위해, 결합-조밀화제( 및 임의의 분산제)는 수용액중에서 10의 인자까지 희석되어 롤러 밀 속에, 예컨대 롤러 및/또는 테이블 표면을 지향하는 공기 스트림 속에, 분급기를 향해 상향조정된 공기 스트림 속에, 및/또는 테이블의 중심을 향한 재순환 입자에 사용되는 공기 스트림 속에 주입될 수 있다. 다르게는, 결합-조밀화제는 롤러, 테이블 및/또는 시멘트 클링커 공급물 스트림(예: 입력 공급물 스트림 또는 재순환 공급물 스트림) 상에 직접 수성 형태로 분출 또는 분무될 수 있다.
상기 논의 및 실시예는 단지 설명을 위해 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

Claims (21)

  1. 롤러를 사용하여 시멘트 클링커를 시멘트 미립자로 분쇄하는 분쇄 조작능을 개선시키는 방법에 있어서,
    시멘트 클링커를 롤러와 접촉하여 분쇄되도록 도입시켜 클링커를 시멘트 입자로 분쇄시키는 단계; 및
    상기 클링커 또는 롤러에 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 중합체를 하나 이상 포함하는 결합-조밀화제를, 롤러에 도입된 시멘트 클링커의 건조 중량을 기준으로, 0.001 내지 0.5%의 양으로 도입시키는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    롤러가, 환상 경로로 이동하는 분쇄 테이블에 대하여 회전가능하게 탑재되고; 상기 경로에 시멘트 클링커 층을 제공하는 단계; 및 분쇄 테이블 상의 클링커층 속 또는 위에 결합-조밀화제를 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    롤러들이 대향하도록 탑재됨으로써 시멘트 클링커가 상기 롤러 사이에서 분쇄되며; 시멘트 클링커를 상기 롤러 사이에 도입시키는 단계; 및 상기 클링커를 롤러 사이에 도입시키기 전에 클링커 속에 또는 상에 결합-조밀화제를 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    시멘트 클링커와 함께 추가로 점토를 포함하는 점토계 물질, 또는 천연 포졸란, 비산회, 석회석, 용광로 슬래그를 포함하는 포졸란계 물질(pozolanic material) 또는 이들의 혼합물을 롤러와 접촉하여 분쇄되도록 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    시멘트 클링커를, 클링커 및 추가의 시멘트 물질을 포함하는 물질의 합량을 기준으로, 40중량%를 초과하는 양으로 도입시키는 방법.
  6. 제 4 항에 있어서,
    시멘트 클링커를, 클링커 및 추가의 시멘트 물질을 포함하는 물질의 합량을 기준으로 80중량%를 초과하는 양으로 도입시키는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    롤러에 의해 클링커 물질을 분쇄시키기 전에 결합-조밀화제를 시멘트 클링커 물질로 도입시키는 방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    분쇄 테이블 상에 시멘트 클링커의 층을 제공하는 단계, 및 결합-조밀화제를 분쇄 테이블 상의 시멘트 클링커의 층 위에 또는 속에 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  9. 제 2 항에 있어서,
    공기 스트림을 분쇄 테이블 표면 위에서 소용돌이치게 하는 단계, 및 결합-조밀화제를 소용돌이치는 공기 스트림 속에 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    결합-조밀화제의 하나 이상의 중합체가 폴리아크릴산 또는 그의 염, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리옥시에틸렌, 폴리설폰산 또는 그의 염, 폴리아미드, 또는 그의 염을 포함하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    결합-조밀화제가 평균 분자량 150,000 이상의 제 1 중합체 및 평균 분자량 50,000 내지 100,000의 제 2 중합체를 포함하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 1 중합체와 제 2 중합체의 비가 바람직하게는 1:20 내지 20:1인 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    결합-조밀화제가 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 제 1 중합체 및 평균 분자량 100 내지 50,000의 제 2 중합체를 포함하고, 상기 제 2 중합체의 평균 분자량은 제 1 중합체의 평균 분자량과 상이한 것인 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    제 1 중합체와 제 2 중합체가 1:20 내지 20:1의 몰비로 사용되는 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 중합체가 선형 중합체를 포함하는 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    결합-조밀화제의 하나 이상의 중합체 외에 통상적인 분쇄 첨가물을 클링커 또는 롤러에 도입시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    통상적인 분쇄 첨가물이 글리콜, 2급 또는 3급 (C2-C5) 알칸올아민 또는 그의 염, 또는 그의 혼합물을 포함하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    통상적인 분쇄 첨가물이 결합-조밀화제 중합체와 상이한 중합체를 포함하는 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    결합-조밀화제 중합체 대 통상적인 분쇄 첨가물의 비가, 건조 중량 기준으로, 20:1 내지 1:20인 방법.
  20. 폴리아크릴산 또는 그의 염, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리염화비닐, 폴리옥시에틸렌, 폴리설폰산 또는 그의 염, 폴리아미드 또는 이들의 혼합물을 포함하는 평균 분자량 50,000 내지 500,000의 중합체를 하나 이상 포함하고, 추가로 글리콜, 2급 또는 3급 (C2-C5) 알칸올아민 또는 그의 염, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 통상적인 분쇄 첨가물을 포함하는 시멘트 클링커 분쇄 보조제 조성물.
  21. 제 20 항에 있어서,
    결합-조밀화제 중합체 대 통상적인 분쇄 첨가물의 비가, 건조 중량 기준으로, 20:1 내지 1:20인 조성물.
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