WO1996007622A1 - Procede de fabrication de clinker par cuisson - Google Patents

Description

明 細 耆 セメントクリン力の焼成方法及び焼成装置 技術分野

本発明は、 流動層造粒 ·焼成炉の 1炉を使用してセメントクリンカを焼成する 方法及びこの方法を実施する焼成装置に関するものである。

背景技術

セメントクリン力は、 石灰石や珪砂等を配合 ·粉砕した原料粉を予熱し、 予熱 及び一部仮焼された原料粉を造粒し、 それを焼成した後、 冷却することによって 製造されるが、 近年、 その製造には、 噴流層造粒炉又は流動層造粒炉と流動層焼 成炉との 2炉を備える焼成装置がよく使用される （例えば、 特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公報参照） 。 なお、 この特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公報記載のセメントク リンカの製造装置は、 さらに 1次冷却器及び 2次冷却器を備えている。

また、 近年、 造粒と焼成とを一つの流動層炉で実施するようにしたセメントク リン力の焼成装置も知られている （例えば、 特開昭 5 8— 1 1 5 0 4 7号公報参 照） 。

特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公報記載のセメントクリン力の焼成装置においては、 噴流層造粒炉で造粒し、 流動層焼成炉で焼成し、 1次流動層冷却装置で急冷した 後、 2次流動層冷却装置で冷却するとともに熱回収している。 このように、 噴流 層造粒炉と流動層焼成炉との 2炉としたことにより、 高温焼成が可能となり、 き わめて高品質のセメントクリン力を焼成できる。 しかし、 この装置では装置数が 多い上にランニングコストも増加するという問題点がある。 このため、 コンパク 卜な設備で、 熱消費 ·電力消費を大幅に低減し得る焼成装置の開発が望まれてい た。

また、 特開昭 5 8 - 1 1 5 0 4 7号公報記載のセメントクリン力の焼成装置に おいては、 焼成炉からの排出シユート内に複数の風速の異なる分級ゾーンを形成 するように、 冷却器排気を排出シュートに導入している。 しかし、 各ダク トの通 風量は差圧で決まるので、 排出シユー卜への造粒物の落下状況等により変動し、 所定の風速に制御することが困難であった。 また、 一度シュート内に落下したら、 シユート内での分散は悪いので、 小粒子を流動眉に戻す分級効果も少ない。

従って、 クリン力粒度分布が広くなり品質が低下する （小粒子は焼成不十分） また、 層内の粒度分布も広くなるので、 造粒物同士の付着が進行しすぎる、 いわ ゆるアグロメレーシヨンという不都合な現象が生じ易くなり、 十分焼成温度を上 げられず、 高品質のセメントクリンカを得ることができないという問題があった 発明の開示

本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、 本発明の目的は、 きわめて簡単な

1炉構造の設備で、 少ないランニングコス卜で高品質のセメントクリンカを焼成 することができる方法及び装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、 本発明のセメントクリン力の焼成方法は、 予熱 されたセメント原料粉を流動層造粒 ·焼成炉で造粒 ·焼成した後、 造粒 ·焼成さ れたクリンカを冷却器に導入するセメントクリ ン力の焼成方法において、 流動層 造粒 ·焼成炉からこの炉のガス分散板 （多孔板） 上面又はガス分散板上面の半径 方向の延長上に設けられた落下口を介してクリン力を排出し、 この落下口に連な る排出シユー卜にクリンカを分級 ·冷却するための空気を吹き込むとともに、 落 下口から吹き出す空気流速が前記ガス分散板のノズル （開口） を通って流入する 空気流速と異なるように吹込空気量、 特に分級，冷却用の吹込空気量を調節し、 分級 ·冷却空気吹込位置より下方の気密排出手段を経てクリンカを冷却器に導入 するように構成される。 通常は、 落下口から吹き出す空気流速が、 分散板の開口 を通つて流動層内に流入する空気流速より小さくなるように制御する。

この方法において、 流動層造粒 ·焼成炉はガス分散板上に、 上端が山型に突出 した山型部材を同心に設け、 環状流動眉を形成することもある。 また、 流動層差 圧が略一定範囲になるように、 落下口の開口面積を調整することが好ましい。 また、 分級 ·冷却空気を吹き込む代わりに、 分級空気と冷却空気とを別々に吹 さ込 < と t»める。

さらに、 排出シュート内のクリン力の温度を検出し、 この温度により冷却空気 量を調節してクリン力の冷却温度を制御することが好ましい。

本発明のセメントクリン力の焼成装置は、 予熱されたセメント原料粉を流動層 造粒 ·焼成炉で造粒 ·焼成し、 造粒 ·焼成されたクリンカを冷却器で冷却するセ メントクリン力の焼成装置において、 流動層造粒 ·焼成炉のガス分散板上面又は ガス分散板上面の半径方向の延長上にクリンカ落下口を設け、 このクリンカ落下 口を排出シユート及び気密排出手段を介して冷却器に接続し、 排出シュートにク リンカを分級するとともに冷却するための分級 ·冷却空気吹込管を接続したこと を特徴としている。

この装置において、 流動層造粒 ·焼成炉はガス分散板上に、 上端が山型に突出 した山型部材を同心に設け、 環状流動層を形成することもある。 また、 クリン力 落下口近傍に、 この落下口の開口面積を調整可能なゲートを設けることが好まし い。

また、 分級 ·冷却空気吹込管の代わりに、 分級空気吹込管及び冷却空気吹込管 を別々に設けることもある。

さらに、 ガス分散板を傾斜させ、 下向き傾斜端の半径方向の延長上に複数のノ ズル （開口） を有しクリン力落下口とガス分散板間に形成された排出溝部を介し てクリン力落下口を設け、 この落下口直上及び排出溝部上でクリン力の分級を行 うように構成することが好ましい。

この場合、 排出溝部のノズル （開口） 直径がガス分散板のノズル （開口） 直径 と異なるようにすることが好ましい。 また、 クリン力落下口と空気吹込管との間 の排出シユー卜に 2次分級のための絞り部材を設けたり、 クリンカ落下口の近傍 に大塊排出口を設けたりすることがある。

冷却器としては、 一例として、 冷却器本体内に移動層を形成しこの本体内に吹 込まれる冷却空気により移動して、 この移動層の上側に部分流動層が形成される ように、 冷却器本体上部の横断面積が選択された構造とすることが好ましい。 例 えば、 冷却器本体上部に絞り部を設けて、 この部分の空気流速を大きくして、 部 分流動層を形成させ、 粒子の偏析をなくすようにする。

予熱されたセメント原料粉は、 流勳層造粒 ·焼成炉の流動層に投入され造粒 · 焼成される。 造粒 ·焼成されたクリンカはガス分散板上面側方の排出溝部及び落 下口直上で、 排出シュート内に吹き込まれた空気により分級され、 小粒子は排出 シュート内にほとんど落下しない。 すなわち、 排出シュート内の粒子と流動層の O 9 粒子とのミキシングがなくなる。 また、 排出シュート内に落下した粒子は、 冷却 用空気により効率よく冷却される。 さらに、 スロートの温度が低くなり、 分散板 下面のコーチングが除外される。

また、 流動層造粒 '焼成炉内の粒度分布が狭くなり、 アグロメレーシヨンを防 止することができるとともに、 焼成温度を上げることができる。

図面の簡単な説明

図 1は、 本発明のセメントクリン力の焼成装置の一実施例及びサスペンション プレヒータなどを示す全体系統図である。

図 2は、 図 1における Π— Π線拡大断面図である。 ただし、 流動層を省略して いる。

図 3は、 図 2の実施例に対応する変更例を示す拡大断面図である。

図 4は、 図 1における IV— W線拡大断面図である。 ただし、 移動層を省略して いる。

図 5は、 本発明の装 Sの他の実施例を示す断面図である。

図 6は、 図 5における VI— VI線断面図である。 ただし、 流動層を省略している c 図 7は、 図 5における気密排出手段の他の例を示す断面説明図である。

図 8は、 本発明の装置のさらに他の例を示す断面説明図である。

図 9は、 本発明の方法及び従来の方法における粒度分布線図 （R— R線図） で わる。

図 1 0は、 本発明の装置における流動層及びガス分散板まわりの他の例を示す 説明図である。

図 1 1 , 1 2は、 本発明による装置における流動層造粒 ·焼成炉の変形例を示 す説明図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する力 本発明は下記実施 例に何ら限定されるものではなく、 適宜変更して実施することが可能なものであ る。

実施例 1

図 1は本発明の実施例 1としてのセメントクリン力の焼成装置を示し、 図 2は 図 1の Π— Π線拡大断面を、 図 4は図 1の IV— W線拡大断面を示している。

図 1において、 1 0はサイクロン c , 〜c < を含むサスペンションプレヒータ、

1 2は仮焼炉、 1 4は流動層造粒 ·焼成炉、 1 6は冷却器である。 なお、 仮焼炉

1 2は必ずしも必要ではなく、 設置されない場合もある。

サスペンションプレヒータ 1 0及び仮焼炉 1 2で予熱及び一部仮焼されたセメ ント原料粉は、 流動層造粒 ·焼成炉 1 4の流動層 1 8に導入され、 ここで下方の 冷却器 1 6からスロート 2 0及びガス分散板 2 2を経て送られる空気により流動 化しつつ造粒 '焼成される。 4 2はェジ Xクタ一である。

図 2に示すように、 ガス分散板 2 2の半径方向の延長上に、 複数の開口を有し ガス分散板 2 2とクリンカ落下口 2 6の間に形成された排出溝部 2 4を介してク リンカ落下口 2 6を設け、 このクリンカ落下口 2 6を排出シュ一ト 2 8及び気密 排出手段 3 0を介して冷却器 1 6に接統し、 排出シュート 2 8に分級 ·冷却空気 吹込管 3 2を接続している。 なお、 図 3に示すようにクリンカ落下ロ2 6を分散 板 2 2に設けることも可能である。

また、 クリン力落下口 2 6の近傍には、 この落下口 2 6の開口面積を調整可能 なゲート 3 4が設けられる。 このゲート 3 4は、 油圧シリンダ、 空気圧シリンダ、 モータシリンダ等の駆動手段 （図示略） により水平方向に移動できるように構成 されている。

排出溝部 2 4のノズル （開口） 直径は、 ガス分散板 2 2のノズル （開口） 直径 と異なることが好ましい。 このように構成すれば、 分散板 2 2上のクリン力は、 分級されながらも、 落下口 2 6内に落下することができる。

冷却器 1 6としては、 流動層式冷却器、 移動層の上側に部分流動層を有する冷 却器などが用いられる。 図 1及び図 4は、 一例として後者を示している。 3 6は 冷却空気導入管、 3 8はコーン部、 4 0は冷却空気主管である。

冷却器 1 6内に導入された空気は、 冷却空気導入管 3 6及びコーン部 3 8の下 部から層内に吹き込まれて、 冷却器 1 6内に移動層を形成し、 クリン力により加 熱された空気は膨張して流速を上げ、 冷却器 1 6内の上部に部分流動層を形成す る。 詳細は図 5に基づいて後述する。

実施例 2 図 5は本発明の実施例 2としてのセメントクリン力の焼成装置を示し、 図 6は 図 5の VI— VI線断面を示している。

本実施例では、 ガス分散板 2 2の上面を傾斜させ、 下向き傾斜端の延長上に複 数の開口を有しガス分散板 2 2とクリン力落下口 2 6の間に形成された排出溝部 2 4を介してクリンカ落下口 2 6を設け、 この落下口直上及び排出溝部上でクリ ン力の分級を行うように構成している。 この場合、 ガス分散板 2 2上面の水平方 向に対する角度は 5〜 3 0度、 好ましくは 5〜 1 5度である。

また、 クリンカ落下口 2 6と空気吹込管 3 2との間の排出シユート 2 8に 2次 分級のための絞り部材 4 4を設けて、 落下口 2 6の直上を 1次分級部 4 6とし、 絞り部材 4 4に隣接した上側を 2次分級部 4 8としている。

また、 クリン力落下口 2 6の近傍に、 コーチングの剝離物などの大塊を排出す るための大塊排出口 5 0が設けられている。 5 2はゲー卜 3 4の駆動手段、 5 4 は絞り部材 4 4の駆動手段、 5 6はパーナである。

気密排出手段 3 0は、 造粒物を一旦内部に堆積させ、 その造粒物自身によるマ テリアルシール作用で通気を遮断するとともに、 圧縮空気や機械的手段で押し出 すことにより、 造粒物を冷却器 1 6に払い出すように構成されたものである。 冷却器 1 6は、 一例として、 冷却器本体内に冷却空気吹込による移動層 5 8を 有し、 この移動層 5 8の上側に部分流動層 6 0が形成されるように、 冷却器本体 上部の横断面積が選択された構造を有している。 図 5では、 冷却器本体上部に絞 り部 6 2を設け、 移動層 5 8を形成するクリン力で加熱され膨張した空気が絞り 部 6 2でさらに流速を上げ、 部分流動層 6 0を形成する構成を示している。 このように構成することにより、 移動層 5 8の上側に部分流動層 6 0が形成さ れ、 クリン力が流動化して偏析を少なくし空気の偏流を少なくすることができる という利点がある。 他の構成及び作用は実施例 1の場合と同様である。

図 5においては、 気密排出手段 3 0として Lバルブを用いている力《、 図 7に示 すように、 排出シュート 2 8の下端にロータリバルブ 6 4などの弁を設け、 排出 シュート 2 8内に一定量の造粒物が溜まるように、 このロータリバルブ 6 4の排 出量を調整することにより、 造粒物を冷却器 1 6内に導入するように構成するこ ともできる。 実施例 3

図 8は本発明の実施例 3としてのセメントクリン力の焼成装置を示している。 本実施例は、 分級空気吹込管 6 6及び冷却空気吹込管 6 8を別々に設けたもの である。 そして、 パルスエア管 7 4に設けられた調節弁 7 6と、 排出シュート 2 8の流動層に設けられた層差圧検出器 7 8とを接続し、 流動層 1 8の差圧を検知 する層差圧検出器 8 6と、 分級空気吹込管 6 6に設けられた調節弁 9 0及びゲー 卜 3 4の駆動手段 5 2とを層差圧調節計 （図示略） を介して接続している。 8 0 は製品クリン力の温度検出器、 8 2は冷却空気供給管 8 4の調節弁である。 他の 構成は実施例 1の場合と同様である。

つぎに、 本発明のセメントクリン力の焼成装置における操作について、 図 8に 基づいて説明する。

( 1 ) 流勳層 1 8の層差圧を層差圧検出器 8 6で検出し、 層差圧が一定になる ようにゲート 3 4の駆動手段 5 2を制御して、 ゲ一ト 3 4の開度で層内の粒子滞 留時間が一定になるように制御する。 さらに、 層差圧は調節弁 9 0によって微調 整される。 なお、 ゲートの開度を変えずに層内温度により排出量を制御すること もある。 （粒径により排出量が変わる。 ）

( 2 ) 排出シュート 2 8内のクリン力の温度を温度検出器 7 2で検知し、 この 温度 （1次冷却温度） が 1 1 0 0 °C以下に維持されるように、 冷却空気吹込管 6 8に設けられた調節弁 7 0を制御する。

( 3 ) 排出シュート 2 8内の 2点間の層差圧を層差圧検出器 7 8で検知し、 こ の検出位置にクリン力力く存在すると （差圧が大きいと） 、 パルスエア管 7 4の調 節弁 7 6を開として気密排出手段 3 0からクリンカを排出し、 検出位置にクリン 力が存在しないと （差圧が小さいと） 、 調節弁 7 6を閉としてクリン力の排出を 止める。 これは排出シユート 2 8のマテリアルシール高さをほぼ一定に保っため である。

( 4 ) 調節弁 9 0は分級制御用であるので気密排出手段 3 0のサンプリング手 段 8 8からサンプリングし、 クリン力の粒径が大きいと、 層差圧検出器 8 6から の制御を離れて分級空気吹込管 6 6の調節弁 9 0を絞って分級空気量を少なくし、 サンプリングしたクリン力の粒径が小さいと調節弁 9 0の開度を大きくして分級 空気量を多くする。

(5) 冷却器 1 6出口の製品クリン力の温度を温度検出器 80で検知して、 冷 却空気供給管 84の弁 82を調節して冷却器 1 6内の 2次冷却温度を制御する。 図 9は、 図 8に示す本発明の装置、 及び従来の装置 （図 8に示す装置から分級 排出機構を除いた装置） を用いて実験を行なった結果を示す粒度分布図 （R— R 線図） である。 横軸は粒径を示し、 縦軸は残留量を示している。

図 9から従来の方法では、 粒度分布曲線の傾き Nは、 N= 2. 5〜4と小さく て粒径が揃つていないことがわかり、 また他の多数の実験から平均粒子径の檩準 偏差 CTd p 5 0 ( 5 0重量％通過粒径 （d p 5 0) の標準偏差） も 0. 3〜0. 4と広くなつていることが判明した。 これに対し、 本発明の方法では、 図 9から N= 4. 5〜5と大きいため粒径が揃っていることがわかる。 また、 他の多数の 実験から平均粒子径の標準偏差 σ d p 5 0も 0. 1〜0. 1 5と狭くなつている ことが判明した。

以下に示す表 1は、 図 8に示す本発明の装置、 及び特開平 2— 2 297 4 5号 公報の第 1図に記載された 2炉型式の従来の装置を用いて、 セメントクリン力を 製造した場合の性能比較を示している。 表 1から、 本発明の方法の方が、 装置数 (流動層数） が少なくなるので、 熱消費及び電力消費が少なくなつていることが わ力、る。

【表 1】 従来の方法 本発明の方法 生産量 （tZd) 2 0 0 2 0 0 熱消 (kcal/kgcl) 8 0 0 7 0 0

¾力消 S ( WH/tcl) 3 0 2 0 設備費 {%) 1 0 0 8 0 上記の実施例は、 いずれも原料粉及び燃料を流動眉の側方から供耠するもの である力《、 図 1 0に示すように、 流動層 1 8の下方から供耠することも可能であ る。 また、 図 1 1， 1 2に示すように、 流動層造粒 ·焼成炉は、 ガス分散板上に 上端が山型に突出した山型部材を同心に設け、 環状流動層を形成してもよい。 図 1 2に示すように、 この山型部材は中央部にガス分散板に達する同心の凹部を備 えてもよい。

また、 分級排出機構を一系列設ける場合について説明したが、 炉が大型化する と、 分級排出機構を複数系列設けることも可能である。

産業上の利用可能性

本発明は上記のように構成されているので、 つぎのような効果を奏する。

( 1 ) 粒径制御が精密に行なえるので、 流動層造粒 ·焼成炉内の粒径分布が狭 くなり、 1炉方式においても 1 4 5 0 °C以上の焼成が可能となり、 高品質の製品 を得ることができる。 従って、 特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公報におけるような流 動層焼成炉は不要となる。 また、 冷却器での偏折がなくなり、 熱回収効率が向上 する。

( 2 ) 排出溝部及び落下口直上で分級されるので、 小粒子は排出シュートにほ とんど落下しない （シユート内粒子 （g r a n u l e s ) と層内粒子とのミキシ ングがない） 。 従って、 流動層造粒 ·焼成炉で燃料を低減でき、 排出シュートで の冷却効率も良くなる。

( 3 ) 排出シュート内で急冷されるので （例えば 1 1 0 0 °C以下に急冷され る） 、 排出シュート閉塞も熱損失も少なく特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公報に記載 されているような 1次冷却器が不要となる。 なお、 特開平 2— 2 2 9 7 4 5号公 報記載の装置では、 造粒炉排出シュ一ト及び焼成炉排出シユー卜の閉塞防止のた め水冷 ·空冷が必要となり、 熱損失が大で、 品質にも悪影響がある。

( 4 ) 流動層焼成炉及び 1次冷却器が不要となるので、 建設費、 熱消費、 電力 消費が大幅に低減でき、 運転操作も簡単になる。

( 5 ) スロート温度が低くなるので、 流動層造粒 ·焼成炉の分散板下面のコ一 チングが除外される。

( 6 ) 分散板を下向き傾斜にする場合、 排出溝のノズルを分散板のノズルと異 なる直径とする場合、 排出シユートに 2次分級のための絞り部材を設ける場合は、 分級効率がさらに向上する。

( 7 ) 排出シュートでの冷却温度を制御する場合、 冷却風量と落下口面稹を調 整する場合、 落下口付近に大塊排出口を設ける場合は、 分級粒径、 冷却温度を一 定に維持できるので、 運転が安定する。

( 8 ) 移動層冷却器の層上部が流動化するように冷却器上部の断面積を選ぶ場 合は、 さらに熱消費を低減でき、 冷却器を小型化することができる。

( 9 ) 装置を大型化しても分級性能は変わらず、 大型化が容易となる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 予熱されたセメン卜原料粉を流動層造粒 ·焼成炉で造粒 ·焼成した後、 造 粒 ·焼成されたクリンカを冷却器に導入するセメントクリン力の焼成方法におい て、 流動層造粒 ·焼成炉からこの炉のガス分散板上面又はガス分散板上面の半径 方向の延長上に設けられた落下口を介してクリンカを排出し、 この落下口に連な る排出シユートにクリンカを分級 ·冷却するための空気を吹き込むと共に、 落下 口から吹き出す空気流速が前記ガス分散板のノズルを通つて流入する空気流速と 異なるように吹込空気量を調節し、 分級 ·冷却吹込位置より下方の気密排出手段 を経てクリンカを冷却器に導入することを特徴とするセメン卜クリン力の焼成方

2. 流動層造粒 ·焼成炉のガス分散板上に、 上端が山型に突出した山型部材を 同心に設け、 環状流動層を形成した請求項 1記載のセメントクリン力の焼成方法。

3. 流動層差圧が略一定範囲になるように、 落下口の開口面積を調整する請求 項 1記載のセメントクリン力の焼成方法。

4. 分級 ·冷却空気を吹き込む代わりに、 分級空気と冷却空気とを別々に吹込 む請求項 1記載のセメントクリン力の焼成方法。

5. 排出シュート内のクリン力の温度を検出し、 この温度により冷却空気量 を調節してクリン力の冷却温度を制御する請求項 1記載のセメントクリン力の焼 成方法。 .

6. 予熱されたセメント原料粉を流動層造粒 ·焼成炉で造粒 ·焼成し、 造粒 · 焼成されたクリンカを冷却器で冷却するセメントクリン力の焼成装置において、 流動層造粒 ·焼成炉のガス分散板上面又はガス分散板上面の半径方向の延長上に クリンカ落下口を設け、 このクリンカ落下口を排出シュ一ト及び気密排出手段を 介して冷却器に接続し、 排出シュートにクリン力を分級すると共に冷却するため の分級 ·冷却空気吹込管を接続したことを特徵とするセメントクリン力の焼成装 置。

7. 流動層造粒 ·焼成炉のガス分散板上に、 上端が山型に突出した山型部材を 同心に設け、 環状流動層を形成した請求項 6記載のセメントクリン力の焼成装置。

8. クリン力落下口近傍に、 この落下口の開口面積を調整可能なゲートを設け た請求項 6記載のセメントクリン力の焼成装置。

9. 分級 ·冷却空気吹込管の代わりに、 分級空気吹込管及び冷却空気吹込管を 別々に設けた靖求項 6記載のセメントクリン力の焼成装置。

1 0. 前記分散板の上面を傾斜させ、 下向きの傾斜端の半径方向の延長上に複数 のノズルを有し分散板とクリンカ落下口の間に形成された排出溝部を介してクリ ンカ落下口を設け、 この落下口直上及び排出溝部上でクリン力の分級を行うよう にした請求項 6記載のセメントクリンカの焼成装置。

1 1. 前記排出溝部のノズル直径が前記ガス分散板のノズル直径と異なる請求項 1 0記載のセメントクリン力の焼成装置。

1 2. クリン力落下口と空気吹込管との間の排出シュートに 2次分級のための絞 り部材を設けた請求項 6記載のセメントクリン力の焼成装置。

1 3. クリンカ落下口の近傍に大塊排出口を設けた請求項 6に記載のセメントク リン力の焼成装置。

1 4. 冷却器本体内に形成された移動層はこの冷却器本体内への冷却空気吹込に より移動し、 この移動層の上側に部分流動層が形成されるように、 冷却器本体上 部の横断面積が選択された構造である請求項 6記載のセメントクリン力の焼成装 o

1 5. 冷却器本体上部に絞り部が設けられた請求項 1 4記載のセメントクリンカ の焼成装置。