特許 5740875 セメント製造装置およびセメント製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5740875

(24)【登録日】2015年5月15日

(45)【発行日】2015年7月1日

(54)【発明の名称】セメント製造装置およびセメント製造方法

(51)【国際特許分類】

   C04B 7/48 20060101AFI20150611BHJP

【ＦＩ】

   C04B7/48

【請求項の数】7

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2010-202320(P2010-202320)

(22)【出願日】2010年9月9日

(65)【公開番号】特開2012-56801(P2012-56801A)

(43)【公開日】2012年3月22日

【審査請求日】2013年6月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000206

【氏名又は名称】宇部興産株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小西 和夫

(72)【発明者】

【氏名】藤原 正成

(72)【発明者】

【氏名】藤本 昌樹

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５２−１２３４２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０４Ｂ ７／００− ３２／０２

Ｃ０４Ｂ ４０／００− ４０／０６

Ｃ０４Ｂ １０３／００−１１１／９４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

クリンカを焼成するロータリーキルンを有する焼成手段と、
前記クリンカを粉砕する粉砕手段と
を有するセメント製造装置であって、
前記粉砕手段によって粉砕されたクリンカを滞留させる滞留手段と、
前記滞留手段に対し、前記ロータリーキルンから排出され、クリンカ粉と接触することでクリンカ中の残存フリーライムと反応して硫酸カルシウムを生成する程度の硫黄分を含む排ガスを供給する供給手段と
を備えることを特徴とするセメント製造装置。

【請求項2】

請求項１に記載のセメント製造装置において、
セメント原料を粉砕するとともに、前記排ガスにより前記セメント原料を乾燥させる原
料ミルをさらに備え、
前記供給手段は、前記セメント原料を乾燥させた後の排ガスを、前記滞留手段に供給す
ること
を特徴とするセメント製造装置。

【請求項3】

請求項１に記載のセメント製造装置において、
セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータをさらに備え、
前記サスペンションプレヒータは、仮焼炉、ライジングダクト、窯尻、およびサイクロ
ンを有し、
前記排ガスは、前記サスペンションプレヒータから抽気または排出されるガスであるこ
と
を特徴とするセメント製造装置。

【請求項4】

請求項３に記載のセメント製造装置において、
前記排ガスは、前記窯尻から抽気されるガスであること
を特徴とするセメント製造装置。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセメント製造装置において、
前記排ガス中のダストを集塵する集塵機をさらに備え、
前記供給手段は、前記集塵機を介し、前記滞留手段に対し排ガスを供給すること
を特徴とするセメント製造装置。

【請求項6】

請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のセメント製造装置において、
前記粉砕手段はミルであって、
前記滞留手段は、前記ミルから排出されたクリンカの粉を一時貯留し、前記排ガスと前
記クリンカの粉とを接触させる混合器であること
を特徴とするセメント製造装置。

【請求項7】

ロータリーキルンを有する焼成手段によってクリンカを焼成し、前記クリンカを粉砕するセメント製造方法であって、
粉砕された前記クリンカを滞留させる滞留手段を備え、
前記滞留手段に対し、前記ロータリーキルンから排出され、クリンカ粉と接触することでクリンカ中の残存フリーライムと反応して硫酸カルシウムを生成する程度の硫黄分を含む排ガスを供給すること
を特徴とするセメント製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はセメント製造装置および方法に関し、特にクリンカに残存するフリーライム（ＣａＯ）の低減に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、特許文献１では、石炭と廃棄物の吹き込み位置を規定することで燃焼温度を過度に高く維持することなく輻射熱を確保し、焼成効率を向上させることにより、クリンカ焼成過程におけるフリーライム生成を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８−２２２５０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

クリンカ中の残存フリーライムはセメント品質を低下させるため、クリンカに残存するフリーライム量の増大は好ましくない。しかしながら特許文献１では、焼成後のクリンカに残存するフリーライムの低減については記載されていない。
本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、焼成後のクリンカに残存するフリーライム量を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上述の目的を解決するため、本願発明では、クリンカを焼成する焼成手段と、前記クリンカを粉砕する粉砕手段とを有するセメント製造装置であって、前記粉砕手段によって粉砕されたクリンカを滞留させる滞留手段と、前記滞留手段に対し、前記ロータリーキルンから排出され、クリンカ粉と接触することでクリンカ中の残存フリーライムと反応して硫酸カルシウムを生成する程度の硫黄分を含む排ガスを供給する供給手段とを備えることとした。

【発明の効果】

【0006】

よって、焼成後のクリンカに残存するフリーライム量を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】参考の形態１におけるセメント製造装置である。

【図2】参考の形態１−１を示す図である。

【図3】参考の形態１−２を示す図である。

【図4】参考の形態２におけるセメント製造装置である。

【図5】参考の形態２−１を示す図である。

【図6】参考の形態３におけるセメント製造装置である。

【図7】参考の形態３−１を示す図である。

【図8】実施の形態１におけるセメント製造装置である。

【図9】実施の形態１−１を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

［参考の形態１］
［セメント製造装置の概要］
図１は、参考の形態１におけるセメント製造装置の模式図である。セメント製造装置は、ロータリーキルン１、サスペンションプレヒータ２、クリンカクーラ３、原料ミル４、仕上げミル５、混合器６、電気集塵機７、および排ガス供給手段１００を有する。なお、破線矢印は排ガス供給手段１００における排ガスの流れを示す。

【0009】

セメント原料は原料ミル４において乾燥・粉砕された後サスペンションプレヒータ２に投入されて予熱され、ロータリーキルン１に供給される。窯前１１からはバーナ１２がロータリーキルン１内に延在して燃料を噴射する。

【0010】

サスペンションプレヒータ２は、複数のサイクロンＣ１〜Ｃ４、仮焼炉２１、ライジングダクト２２、窯尻２３を有する。サイクロンＣ１〜Ｃ４は鉛直上方からＣ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１の順に設けられ、最も鉛直上方に設けられたトップサイクロンＣ４に投入されたセメント原料は、Ｃ４，Ｃ３，Ｃ２，Ｃ１の順に予熱され、仮焼炉２１およびライジングダクト２２、窯尻２３を介してロータリーキルン１内に供給される。なお、本願ではサスペンションプレヒータ２に設けられたサイクロンはＣ１〜Ｃ４の４つであるが、サイクロンの数は適宜変更してもよい。５個であってもよいし、３つであってもよい。

【0011】

バーナ１２から噴射される燃料を燃焼することによりセメント原料（被処理物）はロータリーキルン１内で焼成され、クリンカとなってクリンカクーラ３内に供給される。クリンカクーラ３内でクリンカは急冷され、仕上げミル５において粉砕後、石膏等と混合されてサイクロン５１を介して分級され、セメント製品となる。サイクロン５１で捕集された粗粒は再度仕上げミル５において粉砕される。

【0012】

焼成時の排ガスはトップサイクロンＣ４から排出され、ファン８を介して原料ミル４に供給される。ここで排ガスは、原料ミル４でセメント原料を乾燥させる際の熱源として用いられた後、電気集塵機１７によりダストを捕集されて大気中に排出される。

【0013】

［排ガス供給手段：ファン−原料ミル間に接続］
排ガス供給手段１００はファン８−原料ミル４間の配管３１と混合器６とを連通する配管であって、ファン８を介して排出されたＣＯ_２含有排ガスを混合器６に供給する。排ガス供給手段１００には集塵機１０１および熱交換器１０２が設けられ、排ガス中のダストを一部捕集するとともに排ガス温度を低下させる。

【0014】

［混合器］
混合器６は、内部で排ガスを循環させ、循環する排ガス流にクリンカ粉を浮遊させて流動層を形成し、クリンカ粉表面に排ガスを接触させる。流動層を形成することにより、クリンカ粉と排ガスとの接触を効率よく行うものである。

【0015】

［排ガスによるクリンカ残存フリーライムの低減作用］
混合器６内のクリンカ粉は、排ガス供給手段１００から供給された排ガスと接触する。その際、排ガスに含まれるＣＯ_２、および大気中または排ガス中に含まれる水分によってクリンカに残存するフリーライムが炭酸化する。具体的には以下（１），（２）式により炭酸カルシウムが生成する。
ＣａＯ＋Ｈ_２Ｏ→Ｃａ（ＯＨ）_２・・・（１）
Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ_２ → Ｃａ（ＯＨ）_２＋Ｈ^＋＋ＨＣＯ_３⁻
→ ＣａＣＯ_３＋２Ｈ_２Ｏ・・・（２）
これにより、クリンカ中の残存フリーライムが低減される。また、排ガスに含まれるＣＯ_２の一部をフリーライムの炭酸化により消費するため、セメント製造装置の系外に排出されるＣＯ_２の量が低減される。

【0016】

クリンカは排ガスと接触する前に予め仕上げミル５において粉砕されているため、ＣＯ_２を含む排ガスとの接触面積が確保され、フリーライムの炭酸化がより促進される。なお、上記（１），（２）式は発熱反応であるため、参考の形態１では熱交換器１０２によって排ガス温度を予め低減させているが、適宜熱交換器１０２を省略してもよい。

【0017】

なおセメントはＪＩＳ規格品であるが、排ガス中のダストに含まれる成分（例えば、石灰石や燃料に付随する粘土分、鉄分、およびセメント製造プロセスにおける所定の熱履歴のないＣａ分等）をセメントに混入させた場合、そのセメントがＪＩＳ規格外となる場合がある。したがって、集塵機１０１によって排ガス中のダストを予め低減ないし除去することにより、排ガスを混合器６に供給した場合であっても、最終製品となるセメントがＪＩＳ規格外となるおそれを低減するものである。

【0018】

また、トップサイクロンＣ４から排出された排ガスは、原料ミル４、および電気集塵機７それぞれを通過する際、リークによってＣＯ_２濃度が低下する。そのため、ファン８−原料ミル４間の配管３１におけるＣＯ_２濃度は、原料ミル４−電気集塵機７間の配管３２、および電気集塵機７の出口３３よりも高濃度となる。

【0019】

したがって参考の形態１では、排ガス供給手段１００をファン８−原料ミル４間の配管３１に接続し、ＣＯ_２濃度の高い排ガスを混合器６に供給する。これにより、混合器６内におけるフリーライムの炭酸化をより促進するものである。なお、設備のレイアウト上の制約がある場合、適宜原料ミル４−電気集塵機７間の配管３２、電気集塵機７の出口３３と排ガス供給手段１００を接続してもよい（他の参考の形態参照）。

【0020】

また、原料ミル４におけるセメント原料の乾燥に伴い、排ガスは原料ミル４通過後に水
分が増加する。水分が増加した排ガスをクリンカ粉に接触させた場合、クリンカ粉の水和
が進行してセメント品質が低下するおそれがある。したがって原料ミル４通過前の配管３
１における排ガスを混合器６に供給することにより、セメント品質の低下を抑制する。な
お、セメント原料の含水率が低い場合はこのような問題は少ないため、レイアウト上の制
約も併せ、原料ミル４−電気集塵機７間の配管３２、電気集塵機７の出口３３と排ガス供
給手段１００を接続してもよい（参考の形態２，３参照）。

【0021】

［参考の形態１の効果］
（１）（７）クリンカを焼成する焼成手段（ロータリーキルン１）と、
クリンカを粉砕する粉砕手段（仕上げミル５）と
を有するセメント製造装置であって、
粉砕手段によって粉砕されたクリンカを滞留させる滞留手段（混合器６）と、
滞留手段に対し、前記ロータリーキルンから排出され、クリンカ粉と接触することでクリンカ中の残存フリーライムと反応して硫酸カルシウムを生成する程度の硫黄分を含む排ガスを供給する供給手段（排ガス供給手段１００）と
を備えることとした。
…（略）…

【0022】

（３）セメント原料を予熱するサスペンションプレヒータ２をさらに備え、
サスペンションプレヒータ２は、仮焼炉２１、ライジングダクト２２、窯尻２３、およびサイクロンＣ１〜Ｃ４を有し、
排ガスは、サスペンションプレヒータ２から抽気または排出されるガスであることとした。
サスペンションプレヒータ２から抽気または排出されるガスを用いて、上記（１）の効果を得ることができる。

【0023】

サイクロンは、複数のサイクロンＣ１〜Ｃ４から構成され、
排ガスは、複数のサイクロンＣ１〜Ｃ４のうち、最も鉛直上方に設けられたトップサイ
クロンＣ４から排出されるガスであることとした。
…（略）…

【0024】

（５）排ガス中のダストを集塵する集塵機１０１をさらに備え、
供給手段（排ガス供給手段１００）は、集塵機１０１を介し、滞留手段（混合器６）に
対し排ガスを供給することとした。
…（略）…

【0025】

（６）粉砕手段は仕上げミル４であって、
滞留手段は、仕上げミル４から排出されたクリンカの粉を一時貯留し、排ガスとクリン
カの粉とを気流混合させる混合器６であることとした。
…（略）…

【0026】

以下、参考の形態１の変形例である。
［参考の形態１−１］
図２は、参考の形態１において排ガス供給手段１００を仕上げミル５に接続した例である。混合器６は省略されるため、構成が簡素となる。
［参考の形態１−２］
図３は、参考の形態１においてさらにセメントサイロ６１を設け、このセメントサイロ６１に排ガス供給手段１００を接続した例である。セメントサイロ６１では粉砕後のクリンカ粉と石膏等が混合されるため、このセメントサイロ６１に排ガスを供給し、石膏等の混合とフリーライムの炭酸化を同時に行う。
各参考の形態１−１、１−２においても、参考の形態１と同様の効果が得られる。

【0027】

［参考の形態２］
［排ガス供給手段：原料ミル−電気集塵機間に接続］
図４は、参考の形態２を示す図である。基本構成は参考の形態１と同様である。参考の形態１では排ガス供給手段１００を配管３１に接続したが、参考の形態２では原料ミル４−電気集塵機７間の配管３２に接続する点で異なる。

【0028】

ロータリーキルン１内で燃焼させる燃料の水分が低い場合、排ガス供給手段１００によって混合器６に供給される排ガス中の水分も低下する。ここで、フリーライムの炭酸化には水分が必要となるため（参考の形態１（１）、（２）式参照）、排ガス供給手段１００を配管３２に接続し、セメント原料の乾燥に伴って水分が増加した排ガスを混合器６に供給することにより、フリーライムの炭酸化を促進する。

【0029】

また、上記（１）、（２）式で示される反応は吸熱反応であるため、参考の形態１では排ガス供給手段１００に熱交換器１０２を設けて排ガス温度を低下させたが、排ガスは原料ミル４内での原料乾燥等によって冷却された後配管３２に供給されるため、参考の形態２では熱交換器１０２は設けていない。このため熱交換器１０２を省略し、コスト低減を図ることができる。なお、排ガスの温度をさらに下げる必要がある場合は熱交換器１０２を適宜設けてもよい。

【0030】

［参考の形態２の効果］
（２）セメント原料を粉砕するとともに、排ガスによりセメント原料を乾燥させる原料ミル４をさらに備え、
供給手段（排ガス供給手段１００）は、セメント原料を乾燥させた後の排ガスを、滞留手段（混合器６）に供給することとした。
原料ミル出口ガスを用いて上記（１）の効果を得ることができる。また、原料ミル４出口排ガスは原料乾燥後の湿分を含むため、この原料ミル出口排ガスを用いることにより、フリーライムの炭酸化をより促進することができる。

【0031】

以下、参考の形態２の変形例である。
［参考の形態２−１］
図５は、排ガス供給手段１００を仕上げミル５に接続した例である。なお、参考の形態１−２のようにセメントサイロ６１を設けて排ガス供給手段１００を接続してもよい。
参考の形態２−１においても、参考の形態２と同様の効果が得られる。

【0032】

［参考の形態３］
［排ガス供給手段：電気集塵機出口に接続］
図６は、参考の形態３を示す図である。基本構成は参考の形態１と同様である。参考の形態１では集塵機１０１を用いて排ガス中のダストを捕集したが、参考の形態３では電気集塵機７を用い、排ガス供給手段１００を電気集塵機７の出口３３に接続する点で異なる。

【0033】

［参考の形態３の効果］
参考の形態３では、排ガス供給手段１００を電気集塵機７の出口３３に接続することとした。レイアウト上、排ガス供給手段１００を配管３１，３２に接続できない場合、電気集塵機７の出口３３に接続することにより、フリーライムの炭酸化を行うことができる。

【0034】

以下、参考の形態３の変形例である。
［参考の形態３−１］
図７は、排ガス供給手段１００を仕上げミル５に接続した例である。なお、参考の形態１−２のようにセメントサイロ６１を設けて排ガス供給手段１００を接続してもよい。
参考の形態３−１においても、参考の形態３と同様の効果が得られる。

【0035】

［実施の形態１］
［排ガス供給手段：窯尻に接続］
図８は、実施の形態１を示す図である。実施の形態１では、排ガス供給手段１００をサスペンションプレヒータ２における窯尻２３に接続する点で異なる。窯尻２３に抽気ダクト２４を設け、この抽気ダクト２４からガスを抽気して排ガス供給手段１００に供給する。

【0036】

ロータリーキルン１の燃焼ガスには石炭等に由来する硫黄分が含まれ、この燃焼ガスをクリンカ粉に接触させることで、クリンカ中の残存フリーライムが反応して硫酸カルシウムが生成する。硫黄分をＳＯ_３とすれば下記（３）式となる。これによりクリンカ中の残存フリーライムが低減される。
ＳＯ_３＋ＣａＯ→ＣａＳＯ_４・・・（３）
また、硫黄分をＳＯ_２とすれば下記（４）、（５）式となる。
ＳＯ_２＋ＣａＯ→ＣａＳＯ_３・・・（４）
ＣａＳＯ_３＋１／２ＳＯ_２→ＣａＳＯ_４・・・（５）

【0037】

ここで、ロータリーキルン１の燃焼ガスは窯尻２３からトップサイクロンＣ４に向けて流れるため、燃焼ガス中の硫黄分もトップサイクロンＣ４に向けて流れる。しかしライジングダクト２２よりも下流側（仮焼炉２１およびサイクロンＣ１〜Ｃ４）では石灰石が一部脱炭酸されてＣａＯが存在するため、このＣａＯと反応して燃焼ガス中の硫黄分が一部消費されてしまう。このため、仮焼炉２１およびサイクロンＣ１〜Ｃ４からの抽気ガス、排ガスをクリンカ粉に接触させると、硫黄分による残存フリーライムの低減作用が抑制されることとなる。

【0038】

したがって窯尻２３から抽気したガスを用いることで、ＣＯ_２による炭酸化に加え、硫黄分によって効率的にクリンカ中の残存フリーライムを低減させるものである。なお、粉砕後のクリンカ粉には石膏が添加されてセメント製品となるが、硫黄分によるフリーライムの低減に伴って石膏の主成分であるＣａＳＯ_４が生成するため（上記（３）〜（５）式参照）、粉砕後のクリンカ粉に添加する石膏の量が低減される。なお、生成するＣａＳＯ_４の量によって添加する石膏の量を適宜調整してもよい。また、生成するＣａＳＯ_４と天然石膏との成分の差を調整するため、他の成分を適宜添加してもよい。

【0039】

［実施の形態１の効果］
（４）排ガスは、窯尻２３から抽気されるガスであることとした。これにより、上記（１）と同様の効果を得ることができる。
なお、参考の形態１〜３と同様、排ガス供給手段を仕上げミル５に接続してもよいし、セメントサイロ６１に接続してもよい。

【0040】

以下、実施の形態１の変形例である。
［実施の形態１−１］
［排ガス供給手段：塩素バイパス設備出口に接続］
図９は、排ガス供給手段１００に塩素バイパス設備１１０を介在させた例である。窯尻２３から抽気されたガスに含まれるＣＯ_２が塩素バイパス設備１１０を介して混合器６に供給されるため、上記（４）と同様の効果が得られる。
…（略）…

【産業上の利用可能性】

【0041】

本発明は、セメント製造装置においてクリンカ中の残存フリーライムを低減する際に有用である。また、セメント装置の系全体から排出されるＣＯ_２低減にも有効である。

【符号の説明】

【0042】

１ ロータリーキルン
２ サスペンションプレヒータ
３ クリンカクーラ
４ 原料ミル
５ 仕上げミル
６ 混合器
７ 電気集塵機
８ ファン
１１ 窯前
１２ バーナ
２１ 仮焼炉
２２ ライジングダクト
２３ 窯尻
３１、３２ 配管
３３ 電気集塵機出口
５１ サイクロン
１００ 排ガス供給手段
１０１ 集塵機
１０２ 熱交換器
Ｃ１〜Ｃ４ サイクロン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】