(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維含有部材をロータリーキルンのバーナーの燃料として燃焼させ、粉体原料を焼成させるセメントクリンカの製造方法において、
平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下となるように前記炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る粉砕工程と、
前記炭素繊維含有粉を、前記ロータリーキルンの内部において１，２００℃以上で燃焼させる燃焼工程と、
を含むことを特徴とするセメントクリンカの製造方法。
【請求項２】
前記燃焼工程が、前記炭素繊維含有部材を含む粉体燃料を燃焼させる主燃焼処理、及び、前記主燃焼処理よりも高い酸素濃度で前記炭素繊維含有部材のみの粉体燃料を燃焼させる副燃焼処理の少なくともいずれかを含み、
前記副燃焼処理が、３体積％以上の酸素濃度中で行われる請求項１に記載のセメントクリンカの製造方法。
【請求項３】
前記炭素繊維含有粉の粒径が、１ｍｍ以下であるものが４０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが４０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが４０質量％以下である請求項１から２のいずれかに記載のセメントクリンカの製造方法。
【請求項４】
前記炭素繊維含有粉の粒径が、１ｍｍ以下であるものが１０質量％以上３０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが５０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが１０質量％以上３０質量％以下である請求項１から２のいずれかに記載のセメントクリンカの製造方法。
【請求項５】
平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下となるように炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る粉砕工程と、
前記炭素繊維含有粉を、１，２００℃以上で燃焼させる燃焼工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維含有部材の処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セメント製造工場では、石灰石などの粉体原料を焼成してセメントの中間製品であるセメントクリンカを生成する際に、廃棄物を有効利用する観点から、廃プラスチックや廃油などをバーナーの燃料の一部として燃焼させて処理している。
【０００３】
前記廃プラスチックの中でも、繊維を樹脂に含有させて耐熱性などを高めた繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）の処理量が増えてきており、セメントクリンカ製造工程における前記繊維強化プラスチックの処理方法が提案されている。
具体的には、粗砕した前記繊維強化プラスチックをプレヒータに投入し、補助燃料として使用する処理方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、前記繊維強化プラスチックのうち、自動車や航空機の構造材などに採用され始めた炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を粗砕してロータリーキルンのバーナーに供給して燃焼処理するときに、燃えずに残留した炭素繊維が問題となる場合がある。
具体的には、残留した炭素繊維が取り込まれたセメントクリンカを粉砕してセメントに仕上げ、モルタルとして生成して硬化させた場合、前記炭素繊維とモルタルを構成する骨材などとは密度が異なるため、表面に前記炭素繊維が偏在して外観が悪化するのみならず強度ムラが大きくなる可能性があり、モルタルの品質が低下しうる問題がある。
それゆえ、前記炭素繊維を燃え残さない目的で、前記炭素繊維強化プラスチックを細かく粉砕することが考えられるが、微細な前記炭素繊維は、燃焼途中で前記バーナーの燃焼による上昇気流に乗り、燃え残って前記ロータリーキルンの高温排ガスとともに煤塵として大気中に排出してしまう問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０６−００８２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明は、従来における前記諸問題を解決し、以下の目的を達成することを課題とする。即ち、本発明は、炭素繊維含有部材を燃料として用いるセメントクリンカの製造において、大気中への煤塵の排出を抑制するとともに、製造したセメントクリンカから生成されたモルタルの品質を向上させることができるセメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための手段は、以下のとおりである。即ち、
＜１＞  炭素繊維含有部材をロータリーキルンのバーナーの燃料として燃焼させ、粉体原料を焼成させるセメントクリンカの製造方法において、
平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下となるように前記炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る粉砕工程と、
前記炭素繊維含有粉を、前記ロータリーキルンの内部において１，２００℃以上で燃焼させる燃焼工程と、
を含むことを特徴とするセメントクリンカの製造方法である。
＜２＞  前記燃焼工程が、前記炭素繊維含有部材を含む粉体燃料を燃焼させる主燃焼処理、及び、前記主燃焼処理よりも高い酸素濃度で前記炭素繊維含有部材のみの粉体燃料を燃焼させる副燃焼処理の少なくともいずれかを含み、
前記副燃焼処理が、３体積％以上の酸素濃度中で行われる前記＜１＞に記載のセメントクリンカの製造方法である。
＜３＞  前記炭素繊維含有粉の粒径が、１ｍｍ以下であるものが４０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが４０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが４０質量％以下である前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のセメントクリンカの製造方法である。
＜４＞  前記炭素繊維含有粉の粒径が、１ｍｍ以下であるものが１０質量％以上３０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが５０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが１０質量％以上３０質量％以下である前記＜１＞から＜２＞のいずれかに記載のセメントクリンカの製造方法である。
＜５＞  平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下となるように炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る粉砕工程と、
前記炭素繊維含有粉を、１，２００℃以上で燃焼させる燃焼工程と、
を含むことを特徴とする炭素繊維含有部材の処理方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によると、従来における前記諸問題を解決することができ、炭素繊維含有部材を燃料として用いるセメントクリンカの製造において、大気中への煤塵の排出を抑制するとともに、製造したセメントクリンカから生成されたモルタルの品質を向上させることができるセメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明のセメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、図１で示したエアークエンチングクーラの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（セメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法）
本発明のセメントクリンカの製造方法は、炭素繊維含有部材をロータリーキルンのバーナーの燃料として燃焼させ、粉体原料を焼成させるセメントクリンカの製造方法であって、粉砕工程と、燃焼工程と、を少なくとも含み、更に必要に応じて、原料工程、予熱工程、冷却工程、集塵工程などのその他の工程を含む。なお、前記セメントクリンカの製造方法においては、炭素繊維含有部材を燃料として用いることから、前記セメントクリンカの製造方法を炭素繊維含有部材の処理方法として理解することができる。
【００１１】
＜粉砕工程＞
前記粉砕工程は、前記炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る工程である。
【００１２】
＜＜炭素繊維含有部材＞＞
前記炭素繊維含有部材としては、例えば、前記炭素繊維とエポキシ樹脂などとの複合材料である炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などが挙げられる。ここで、前記炭素繊維とは、グラファイト状の炭素からなり、高強度、高剛性などの特性に優れた繊維をいう。
前記炭素繊維としては、例えば、ポリアクリルニトル（ＰＡＮ）系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などが挙げられる。
【００１３】
＜＜粉砕＞＞
前記炭素繊維含有部材の前記粉砕は、前記粉砕工程において、（Ａ）平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下である炭素繊維含有粉（Ａ）が得られるように粉砕される必要があり、（Ｂ）平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが４０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが４０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが４０質量％以下である炭素繊維含有粉（Ｂ）に粉砕されることが好ましく、（Ｃ）平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが４０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが４０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが１０質量％以上４０質量％以下である炭素繊維含有粉（Ｃ）に粉砕されることがより好ましい。
前記炭素繊維含有粉（Ｂ）が得られるように前記粉砕が行われると、大気中への煤煙の排出を抑制できる点で有利である。
前記炭素繊維含有粉（Ｃ）が得られるように前記粉砕が行われると、大気中への煤煙の排出を抑制できるとともに前記炭素繊維含有粉を燃焼させやすい点で有利である。
【００１４】
−粒度分布及び平均粒径の求め方−
前記炭素繊維含有粉の粒度分布は、前記炭素繊維含有粉を、目開きが大きい順から篩にかけて各篩上の前記炭素繊維含有粉の質量を測定して求めることができる。
具体的には、まず、目開きが３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．０ｍｍの篩を用いて、前記炭素繊維含有粉をＪＩＳ  Ｒ  ５２０１の７.２.２項に準じて篩分けし、各篩上の前記炭素繊維含有粉の質量を測定する。次に、測定した各篩上の前記炭素繊維含有粉の質量をあらかじめ測定した前記炭素繊維含有粉の全質量で除算することにより、各目開き間の範囲における「質量％」を算出して粒度分布を求める。
また、前記炭素繊維含有粉の平均粒径は、前述により求めた前記粒度分布の「質量％」に、前記目開き間の範囲における中心の値をそれぞれ乗算し、これらの和を算出することで求めることができる。
【００１５】
前記粉砕は、粉砕手段を用いて好適に行うことができる。
前記粉砕手段としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、粉砕装置、前記粉砕装置と集塵機とを組み合わせたものなどが挙げられる。また、前記粉砕装置としては、例えば、竪型ローラミル、ボールミルなどが挙げられる。
【００１６】
＜燃焼工程＞
前記燃焼工程は、前記炭素繊維含有粉を、前記ロータリーキルンの内部において１，２００℃以上で燃焼させる工程である。
また、前記燃焼工程は、前記ロータリーキルンの内部において主燃焼処理及び副燃焼処理の少なくともいずれかを含むことが好ましい。
【００１７】
−ロータリーキルン−
前記ロータリーキルンとしては、前記炭素繊維含有粉を１，２００℃以上で燃焼できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
前記ロータリーキルンは、一般に耐火物を内張りした横型円筒形の回転窯であり、窯尻から供給された前記粉体原料を窯前へ移動させながら攪拌して焼成するために、回転軸を水平面に対し３°〜５°傾けて配置されている。
また、前記ロータリーキルンの内部温度は、例えば、チノー社製の炉内温度監視装置により測定することができる。
【００１８】
＜＜主燃焼処理＞＞
前記主燃焼処理は、前記炭素繊維含有部材を含む粉体燃料を燃焼させる処理であり、メインバーナーを用いて好適に行うことができる。
また、前記主燃焼処理は、前記副燃焼処理が行われているか否かにかかわらず行うことができる。
【００１９】
−メインバーナー−
前記メインバーナーとしては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。本発明においては、前記メインバーナーに対し、前記炭素繊維含有粉とともに微粉炭が含まれる粉体燃料を、圧縮空気により燃焼口に搬送して燃焼できるようにすることが好ましい。
前記粉体燃料の前記炭素繊維含有粉の含有量としては、燃焼雰囲気における燃焼温度と酸素濃度とのバランスの点で、１０質量％以下が好ましく、０．５質量％以上５質量％以下がより好ましい。
【００２０】
＜＜副燃焼処理＞＞
前記副燃焼処理は、前記主燃焼処理よりも高い酸素濃度で前記炭素繊維含有部材のみの粉体燃料を燃焼させる処理であり、サブバーナーを用いて好適に行うことができる。
前記副燃焼処理は、３体積％以上の酸素濃度中で行われることが好ましい。
また、前記副燃焼処理は、前記主燃焼処理が行われているか否かにかかわらず、あるいは前記メインバーナーにより前記微粉炭の燃焼が行われているか否かにかかわらず行うことができる。
【００２１】
−サブバーナー−
前記サブバーナーとしては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。本発明においては、前記サブバーナーに対し、前記炭素繊維含有粉のみを、圧縮空気により燃焼口に搬送して燃焼できるようにすることが好ましい。
前記サブバーナーの燃焼口の位置としては、前記炭素繊維含有粉のみの粉体燃料を燃焼させる点で、前記メインバーナーの燃焼口における酸素濃度より高い酸素濃度となる位置であることが好ましい。
具体的には、前記サブバーナーの燃焼口は、前記メインバーナーの燃焼口の位置と前記ロータリーキルンの内壁との間に配置される。
【００２２】
＜その他の工程＞
前記その他の工程としては、例えば、原料工程、予熱工程、冷却工程、集塵工程、石炭粉砕工程などが挙げられる。
【００２３】
＜＜原料工程＞＞
前記原料工程は、セメントクリンカの原料を乾燥及び粉砕して分級を行い、所要の構成成分とした粉体原料を混合及び保管する工程である。
前記原料としては、例えば、石灰石、粘土、その他の原料などが挙げられる。
前記その他の原料としては、例えば、高炉スラグ、石炭灰、汚泥、スラッジ、ボタ、製鋼スラグ、鋳物砂などが挙げられる。
前記乾燥及び前記粉砕は原料粉砕機、前記分級は分級サイクロン、前記混合はブレンディングサイロ、前記保管は原料ストレージサイロによりそれぞれ好適に行うことができる。
【００２４】
−原料粉砕機−
前記原料粉砕機としては、前記原料を乾燥させて粉砕できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、竪型ローラミル、ボールミルなどが挙げられる。
前記原料の乾燥には、熱効率の点で、前記予熱工程、前記燃焼工程、及び前記冷却工程で発生した高温排ガスを用いることが好ましい。
【００２５】
−分級サイクロン−
前記分級サイクロンとしては、前記原料粉砕機から供給された前記粉体原料を分級できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
なお、前記分級サイクロンは、前記原料粉砕機に備えるようにしてもよい。
【００２６】
−ブレンディングサイロ−
前記ブレンディングサイロとしては、前記分級サイクロンから供給された前記粉体原料を均一化できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
前記ブレンディングサイロにより均一化された前記粉体原料は、前記原料ストレージサイロに貯蔵される。
【００２７】
−原料ストレージサイロ−
前記原料ストレージサイロとしては、前記ブレンディングサイロで均一化された前記粉体原料を保管できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
【００２８】
＜＜予熱工程＞＞
前記予熱工程は、前記原料ストレージサイロから供給された前記粉体原料を予熱する工程であり、前記予熱手段により好適に行うことができる。
【００２９】
前記予熱手段としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができ、例えば、サスペンションプレヒータ（ＳＰ）、ニューサスペンションプレヒータ（ＮＳＰ）などが挙げられる。これらの中でも、仮焼炉を有している点で、ニューサスペンションプレヒータが好ましい。また、熱効率の点で、前記高温排ガスを用いる態様であると、より好ましい。
【００３０】
−ニューサスペンションプレヒータ−
前記ニューサスペンションプレヒータとしては、例えば、多段サイクロンと、前記多段サイクロンに組み込まれている前記仮焼炉と、を備えているものが挙げられ、前記原料工程から供給された前記粉体原料が順次下方のサイクロンへと落下するにつれて、前記高温排ガスにより徐々に高温になるように熱交換され、前記仮焼炉で仮焼されて最下段のサイクロンから前記ロータリーキルンの窯尻に供給されるまで８００℃〜８５０℃に予熱される。
【００３１】
＜＜冷却工程＞＞
前記冷却工程は、前記燃焼工程により生成されたセメントクリンカを冷却する工程であり、冷却手段により好適に行うことができる。
【００３２】
前記冷却手段としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、エアークエンチングクーラが好ましい。
【００３３】
−エアークエンチングクーラ−
前記エアークエンチングクーラとしては、例えば、前記ロータリーキルンの窯前から落下したセメントクリンカを格子板の上面で受け止め、複数の前記格子板で搬送しながら下方からの送風によりセメントクリンカを冷却するものが挙げられる。
前記格子板としては、例えば、固定格子板及び可動格子板の２種類があり、前記固定格子板及び前記可動格子板をそれぞれ傾斜させて交互に重ねるように複数連設して配置されている。前記可動格子板は、水平方向に往復移動することによりセメントクリンカを搬送するものが挙げられる。
【００３４】
＜＜集塵工程＞＞
前記集塵工程は、前記高温排ガスに含まれる煤塵を集塵する工程であり、集塵手段により好適に行うことができる。
【００３５】
−高温排ガス−
前記メインバーナー及び前記サブバーナーのいずれか、並びに前記エアークエンチングクーラから発生した前記高温排ガスは、前記仮焼炉から発生した高温排ガスと合流し、前記予熱工程の前記ニューサスペンションプレヒータが備える前記多段サイクロンで前記粉体原料の予熱に用いられる。最上段の前記サイクロンの上部に達した前記高温排ガスは、更に前記原料工程の前記原料粉砕機で前記粉体原料を乾燥させるために用いられ、前記集塵手段により集塵された後、大気中に排出される。
【００３６】
前記集塵手段としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、電気集塵機が好ましい。
【００３７】
−電気集塵機−
前記電気集塵機としては、前記高温排ガスに含まれる煤塵を集塵できれば特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができる。
具体的には、前記電気集塵機は、約８０ｋＶの直流電圧を印加した放電極と、接地させた集塵極との間に煤塵を含む前記高温排ガスを通過させることにより、コロナ放電で帯電させた煤塵を前記集塵極に付着させて集塵する。前記電気集塵機により集塵された後の前記高温排ガスは、浄化ガスとして煙突から大気中に排出される。
なお、前記電気集塵機の前記浄化ガスの排出口には、煤塵濃度計が設置されていることが好ましい。また、前記煤塵濃度計としては、特に制限はなく、目的に応じて公知のものの中から適宜選択することができるが、光透過式の前記煤塵濃度計が好ましい。
また、前記浄化ガスの煤塵濃度としては、操業が継続できる点で、５０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であることが好ましく、２０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であることがより好ましく、１０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であることが特に好ましい。前記煤塵濃度がより好ましい範囲であれば、煙突からの発塵が視認しにくくなる。
【００３８】
また、前記高温排ガス中に導電性の高い前記炭素繊維が煤塵として混入すると、前記集塵極に付着させた煤塵が局部的に高導電性となることにより、前記放電極と前記集塵極との間における電位差が小さくなるため、集塵効率が低下してしまう。特に、前記電位差が５ｋＶ以上小さくなると、煤塵濃度が上昇し、大気中に煤塵を排出してしまう。
このため、集塵効率及び環境保全の点で、前記炭素繊維含有粉を燃焼させる際に前記炭素繊維を極力燃焼させ、煤塵に前記炭素繊維を含ませないことが好ましい。
【００３９】
＜＜石炭粉砕工程＞＞
前記石炭粉砕工程は、前記主燃焼処理において前記炭素繊維含有粉とともに粉体燃料として燃焼させるための石炭を粉砕して微粉炭を得る工程である。
前記微粉炭の原料である石炭としては、例えば、瀝青炭、無縁炭、泥炭、褐炭、亜炭などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記石炭の粉砕は、前記炭素繊維含有部材の粉砕と同様に、前記粉砕手段を用いて好適に行うことができる。なお、前記炭素繊維含有部材及び前記石炭の粉砕は、それぞれ別個に行ってもよく、混合させて行ってもよい。
【００４０】
なお、セメントクリンカからセメントを製造する際には、前記冷却工程の後に、仕上げ工程、出荷工程などが追加される。
前記仕上げ工程としては、例えば、前記セメントクリンカに石こうを加え、粉砕してセメントを製造する。
前記出荷工程としては、例えば、前記仕上げ工程で製造されたセメントをタンカー、トラックなどに積み込み出荷する。
【００４１】
また、前記セメントからモルタルを生成する場合、前記セメント以外のモルタルの材料としては、水、細骨材が含まれていれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、更に必要に応じて、その他の材料を含むようにしてもよい。
前記モルタルの圧縮強度としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、材齢２８日強度として５８Ｎ／ｍｍ２以上が好ましく、６０Ｎ／ｍｍ２以上がより好ましく、６２Ｎ／ｍｍ２以上が特に好ましい。
前記モルタルの圧縮強度は、ＪＩＳ  Ａ  １１０８のコンクリートの圧縮強度試験方法に準じて測定することができる。
【００４２】
次に、本発明におけるセメントクリンカの製造方法の一例について図面を参照して説明する。
なお、下記構成部材の数、位置、形状等は本実施の形態に限定されず、本発明を実施する上で好ましい数、位置、形状等にすることができる。
【００４３】
図１は、本発明のセメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法の一例を示す概略図である。図１中、実線矢印が前記粉体原料の流れを示しており、点線矢印が前記高温排ガスの流れを示している。
図１に示すように、セメントクリンカの製造方法、及び炭素繊維含有部材の処理方法は、原料工程１と、予熱工程２と、粉砕工程３と、燃焼工程４と、冷却工程５と、集塵工程６と、を含む。
【００４４】
原料工程１においては、前記石灰石、前記粘土、前記高炉スラグなどの前記原料が乾燥及び粉砕されて前記粉体原料とされ、前記粉体原料が分級されて混合した後に保管される。
前記乾燥及び粉砕は原料粉砕機２０、前記分級は分級サイクロン３０、前記混合はブレンディングサイロ４０、前記保管は原料ストレージサイロ５０により、それぞれ行われる。
【００４５】
原料粉砕機２０は、石灰石貯蔵庫１１、粘土貯蔵庫１２、及びその他の原料貯蔵庫１３に貯蔵されている前記石灰石、前記粘土、前記高炉スラグなどのその他の原料を、前記高温排ガスにより乾燥させて粉砕し、分級サイクロン３０に供給する。
【００４６】
分級サイクロン３０には、原料粉砕機２０により粉砕された前記粉体原料とともに前記高温排ガスが供給される。この分級サイクロン３０は、前記粉体原料を分級し、分級した前記粉体原料をブレンディングサイロ４０に供給する。ブレンディングサイロ４０に供給された前記粉体原料は、均一化された後、原料ストレージサイロ５０に貯蔵されて予熱工程２に供給される。
【００４７】
予熱工程２においては、原料工程１から供給された前記粉体原料が、前記ニューサスペンションプレヒータとしてのプレヒータ１００により予熱される。
【００４８】
プレヒータ１００は、投入口１０１と、前記多段サイクロンを構成する複数のサイクロン１０２ａ〜１０２ｅと、仮焼炉１０３と、を有しており、原料工程１から供給された前記粉体原料を予熱してロータリーキルン１１０の窯尻１１１から供給する。
このプレヒータ１００では、投入口１０１から投入された前記粉体原料が、メインバーナー１２０及びサブバーナー１３０のいずれか、並びにエアークエンチングクーラ１４０から仮焼炉１０３に集められた高温排ガスにより、順次下方のサイクロン１０２ａ〜１０２ｄへと落下するにつれて、徐々に高温になるように予熱された後、仮焼炉１０３で仮焼され、最下段のサイクロン１０１ｅからロータリーキルン１１０の窯尻１１０ａに供給される。
【００４９】
粉砕工程３においては、前記炭素繊維含有部材が、平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下である炭素繊維含有粉が得られるように粉砕される。
石炭貯蔵庫１５１及び炭素繊維含有部材貯蔵庫１５２にそれぞれ貯蔵された炭素繊維含有部材及び石炭においては、粉砕装置１６１により粉砕された後、集塵機１７１により集塵され、粉体燃料として圧縮空気により燃料供給ライン１８１を通じてメインバーナー１２０に供給される。
また、炭素繊維含有部材貯蔵庫１５３に貯蔵された炭素繊維含有部材においては、粉砕装置１６２により粉砕された後、集塵機１７２により集塵され、粉体燃料として圧縮空気により燃料供給ライン１８２を通じてサブバーナー１３０に供給される。
【００５０】
燃焼工程４においては、粉砕工程３から供給された前記粉体燃料が、ロータリーキルン１１０、メインバーナー１２０、及びサブバーナー１３０により１,２００℃以上で燃焼される。
【００５１】
ロータリーキルン１１０は、耐火物を内張りした横型円筒形をしており、その円筒の中心軸を回転軸として回転可能に配置されている。このロータリーキルン１１０は、前記回転軸を水平面より３°〜５°傾けた状態で回転することにより、窯尻１１０ａから供給された前記粉体原料を攪拌及び移動させながら、窯前１１０ｂに配置されたメインバーナー１２０による前記主燃焼処理及びサブバーナー１３０による前記副燃焼処理の少なくともいずれかにより焼成してセメントクリンカを生成する。生成されたセメントクリンカは、窯前１１０ｂから落下してエアークエンチングクーラ１４０に供給される。
【００５２】
冷却工程５においては、燃焼工程４で生成されたセメントクリンカが、エアークエンチングクーラ１４０により冷却される。なお、エアークエンチングクーラ１４０の詳細については後述する。
【００５３】
集塵工程６においては、前記高温排ガスに含まれる煤塵が、電気集塵機６０により集塵される。
電気集塵機６０は、前記高温排ガスに含まれる煤塵を集塵して浄化ガスにした後、前記浄化ガスを煙突７０から大気中に排出する。
【００５４】
次に、エアークエンチングクーラについて図２を参照しながら詳細に説明する。
【００５５】
図２は、図１で示したエアークエンチングクーラの一例を示す概略断面図である。
図２に示すように、エアークエンチングクーラ１４０は、固定格子板１４１と、可動格子板１４２と、冷却ファン１４３と、駆動装置１４４と、可動フレーム１４５と、を内部に有している。
【００５６】
固定格子板１４１及び可動格子板１４２は、それぞれ傾斜させて順次重ねるように固定格子板１４１と可動格子板１４２とを交互に複数連設して配置されており、ロータリーキルン１１０の窯前１１０ｂから供給されたセメントクリンカを上面で受け止め、下方からの送風により冷却しながら搬送して排出する。
固定格子板１４１及び可動格子板１４２には板面に多数のスリットが設けられ、冷却ファン１４３により図２中矢印Ｆで示す方向に冷却空気が送風されると、前記冷却空気が前記スリットを通過して上面に積載されたセメントクリンカに当たるため、セメントクリンカが冷却される。
また、可動格子板１４２が駆動装置１４４により図２中矢印Ｐで示す方向に往復移動する可動フレーム１４５に取付けられているため、固定格子板１４１及び可動格子板１４２の上面のセメントクリンカが図２中矢印Ｆで示す搬送方向に搬送される。
なお、固定格子板及び可動格子板をそれぞれ傾斜させて順次重ねるように配置したエアークエンチングクーラについて説明したが、それに限られることなく、固定格子板及び可動格子板を水平にし、全体として下流側に向って高さが低くなるように傾斜させてもよい。
このように、粉砕工程３において、前記炭素繊維含有部材が、平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下である炭素繊維含有粉が得られるように粉砕され、燃焼工程４において、前記炭素繊維含有粉が、ロータリーキルン１１０と、メインバーナー１２０及びサブバーナー１３０の少なくともいずれかとにより１,２００℃以上で燃焼されることにより、前記炭素繊維が燃焼する。
【実施例】
【００５７】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではない。
【００５８】
（実施例１）
＜原料工程＞
石灰石類を７８質量％、粘土類を１５質量％、けい石類を５質量％、鉄原料他を２質量％の含有率に調製した原料を、原料粉砕機により乾燥及び粉砕して粉体原料とし、前記粉体原料の重量平均粒径が０．０５ｍｍ〜０．１ｍｍとなるように粉砕機内蔵セパレーターにより分級した後、ブレンディングサイロにより混合されて、原料ストレージサイロで保管された前記粉体原料を得た。
【００５９】
＜予熱工程＞
ニューサスペンションプレヒータにより８００℃〜８５０℃に予熱された前記粉体原料を得た。
【００６０】
＜粉砕工程＞
１０質量％の炭素繊維が表面にポリエチレンによりコーティングされた炭素繊維強化プラスチック（炭素繊維含有部材）を、回転型カッター式剪断粗砕機により目開きが３０ｍｍの篩を通すことができるように予備破砕した後、竪型ローラミルにより粉砕され、平均粒径が１．５ｍｍであり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが２０質量％、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが６０質量％、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが２０質量％である前記炭素繊維含有粉を得た。
【００６１】
なお、前記炭素繊維含有粉の粒度分布は、目開きが３．０ｍｍ、２．０ｍｍ、１．０ｍｍの順に、前記炭素繊維含有粉をＪＩＳ  Ｒ  ５２０１の７.２.２項に準じて篩分けし、各篩上の前記炭素繊維含有粉の質量を測定し、測定した各篩上の前記炭素繊維含有粉の質量をあらかじめ測定した前記炭素繊維含有粉の全質量でそれぞれ除算することにより、各目開き間の範囲における「質量％」を算出して求めた。
また、前記炭素繊維含有粉の平均粒径は、前述により求めた前記粒度分布の「質量％」に、前記目開き間の範囲における中心の値をそれぞれ乗算して求めた。
【００６２】
＜燃焼工程＞
得られた前記炭素繊維含有粉が搬送空気により前記サブバーナーの燃焼口に搬送され、搬送された前記炭素繊維含有粉を前記ロータリーキルンの内部で１０秒間以上副燃焼処理し、前記予熱工程で予熱された前記粉体原料を焼成させてセメントクリンカを得た。このとき、前記炭素繊維含有粉の供給量を１５０ｋｇ／ｈ、前記サブバーナーの燃焼口の酸素濃度を５体積％、燃焼温度を１，８００℃となるように前記圧縮空気及び前記サブバーナーの設定をあらかじめ行った。なお、前記燃焼温度は温度計（株式会社チノー製、炉内温度監視装置）により測定し、前記酸素温度は酸素濃度測定器により測定した。
また、前記メインバーナーでは主燃焼処理は行わず、前記微粉炭のみを燃焼させた。
【００６３】
＜冷却工程＞
得られたセメントクリンカを、エアークエンチングクーラの格子板上で搬送させながら下方より送風することにより、冷却されたセメントクリンカを得た。
【００６４】
＜集塵工程＞
前記予熱工程、前記燃焼工程、及び前記冷却工程で発生した高温排ガスを、電気集塵器により集塵した。このとき、前記炭素繊維が燃焼しなかった場合、前記高温排ガス中に導電性の高い前記炭素繊維が煤塵として混入してしまい、前記集塵極に付着させた煤塵が局部的に高導電性となることにより、前記放電極と前記集塵極との間における電位差が小さくなる可能性がある。そのため、浄化ガスの煤塵濃度を評価した。
【００６５】
−浄化ガスの煤塵濃度の評価−
光透過式の煤塵濃度計を電気集塵機の浄化ガスの排出口に設置し、前記浄化ガスの煤塵濃度の測定値を炭素繊維含有粉の燃焼中に確認して以下の基準で評価した。結果を表１に示す。
なお、煤塵濃度の測定値は、１０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満が正常値であり、２０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以上で煙突からの発塵が目立ち始め、５０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以上では操業継続不可となるレベルである。
［評価基準］
Ａ：煤塵濃度計の測定値の上昇が確認されず、前記測定値が１０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であり、実使用上問題がないレベルである。
Ｂ：煤塵濃度計の測定値が上昇したが、前記測定値の最大値が１０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であり、実使用上問題がないレベルである。
Ｃ：煤塵濃度計の測定値が上昇したが、前記測定値の最大値が１０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以上２０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であり、実使用上問題がないレベルである。
Ｄ：煤塵濃度計の測定値が上昇したが、前記測定値の最大値が２０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以上４５ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であり、実使用上問題がないレベルである。
Ｅ：煤塵濃度計の測定値が大きく上昇し、前記測定値の最大値が４５ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）以上５０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）未満であり、５０ｍｇ／ｍ３（Ｎｏｒｍａｌ）に近い値となり、実使用上問題となる可能性があるレベルである。
【００６６】
＜仕上げ工程＞
得られたセメントクリンカ９６．５質量％に石こう３．５質量％を加えたものをセメント粉砕機により粉砕して、セメントを得た。
【００６７】
−モルタルの外観評価−
得られたセメントと細骨材との質量比を１：３とし、水セメント比を６０質量％として混練した後、直径１０ｃｍで高さを２０ｃｍとした円柱状に硬化させ、モルタルの供試体を得た。得られたモルタルの供試体の外観的な品質が、燃え残った前記炭素繊維により低下しないか否かを確認するため、以下の基準で目視により評価した。結果を表１に示す。
［評価基準］
Ａ：供試体の表面に炭素繊維の存在が確認できない。
Ｂ：供試体の表面に炭素繊維の存在がわずかに確認できるが、実使用上問題がないレベルである。
Ｃ：供試体の表面に炭素繊維の存在が確認できるが、色調の変化を識別するには困難であり、実使用上問題がないレベルである。
Ｄ：供試体の表面に炭素繊維の偏在が確認でき、色調の変化を識別できるが、実使用上問題がないレベルである。
Ｅ：供試体の表面に炭素繊維の偏在が確認でき、一見して色調が異なることが識別され、実使用上問題があるレベルである。
【００６８】
−モルタルの圧縮強度評価−
前記外観評価で得たモルタルの供試体の圧縮強度が、燃え残った炭素繊維により低下しないか否かを確認するため、材齢２８日経過後に、ＪＩＳ  Ａ  １１０８のコンクリートの圧縮強度試験方法に準拠して、以下の基準で評価した。結果を表１に示す。
［評価基準］
Ａ：圧縮強度が６２Ｎ／ｍｍ２以上
Ｂ：圧縮強度が６０Ｎ／ｍｍ２以上６２Ｎ／ｍｍ２未満
Ｃ：圧縮強度が５８Ｎ／ｍｍ２以上６０Ｎ／ｍｍ２未満
Ｄ：圧縮強度が５６Ｎ／ｍｍ２以上５８Ｎ／ｍｍ２未満
Ｅ：圧縮強度が５６Ｎ／ｍｍ２未満
【００６９】
＜総合評価＞
浄化ガスの煤塵濃度、並びにモルタルの外観及び圧縮強度の評価結果に基づき、総合的な評価を以下の基準で行った。結果を表１に示す。なお、実施例６では、メインバーナー及びサブバーナーの双方を評価しているため、双方のバーナーにおける評価結果で判定した。
［評価基準］
◎：最高評価基準であるＡランクのみの評価結果
○：実使用上問題があるＥランクが存在しない評価結果
×：実使用上問題があるＥランクが存在する評価結果
【００７０】
（実施例２）
実施例１において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７１】
（実施例３）
実施例１において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７２】
（実施例４）
実施例１において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７３】
（実施例５）
実施例１において、使用バーナーをサブバーナーからメインバーナーに代え、サブバーナーを燃焼させずに、メインバーナーの燃焼条件を、燃焼温度が２，０００℃、炭素繊維含有粉の供給量が１００ｋｇ／ｈ、炭素繊維含有粉を燃焼させる酸素濃度が１体積％とした以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７４】
（実施例６）
実施例５において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例５と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例５と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７５】
（実施例７）
実施例５において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例５と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例５と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７６】
（実施例８）
実施例５において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例５と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例５と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７７】
（実施例９）
実施例１において、使用バーナーをサブバーナーに加えてメインバーナーも用いるようにし、メインバーナーの燃焼条件を、燃焼温度が２，０００℃、炭素繊維含有粉の供給量が１００ｋｇ／ｈ、炭素繊維含有粉を燃焼させる酸素濃度が１体積％とした以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７８】
（実施例１０）
実施例１において、燃焼温度を１，２００℃に変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００７９】
（実施例１１）
実施例５において、燃焼温度を１，２００℃に変えた以外は、実施例５と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例５と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００８０】
（比較例１）
実施例１において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００８１】
（比較例２）
実施例１において、表１に示すように炭素繊維含有粉の粒度分布及び平均粒径を変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００８２】
（比較例３）
実施例１において、燃焼温度を１，１００℃に変えた以外は、実施例１と同様にしてセメントクリンカを製造し、実施例１と同様に評価した。結果を表１に示した。
【００８３】
【表１】
0006036920.tif 000002
【００８４】
表１の結果から、実施例では、燃え残った炭素繊維が少なくなり、浄化ガスの煤煙濃度の上昇を抑制するとともに、生成したモルタルに前記炭素繊維が偏在しにくくなり、外観及び圧縮強度が良好となったと考えられる。
一方、特に比較例１及び３では、燃え残った炭素繊維が多くなり、モルタルに前記炭素繊維が偏在しやすくなり、外観の悪化のみならず強度ムラが大きくなったと考えられる。
【符号の説明】
【００８５】
１      原料工程
２      予熱工程
３      粉砕工程
４      燃焼工程
５      冷却工程
６      集塵工程
１１      石灰石貯蔵庫
１２      粘土貯蔵庫
１３      その他の原料貯蔵庫
２０      原料粉砕機
３０      分級サイクロン
４０      ブレンディングサイロ
５０      原料ストレージサイロ
６０      電気集塵機
７０      煙突
１００      プレヒータ
１０１      投入口
１０２ａ〜１０２ｅ      サイクロン
１０３      仮焼炉
１０４      仮焼炉バーナー
１１０      ロータリーキルン
１１０ａ      窯尻
１１０ｂ      窯前
１２０      メインバーナー
１３０      サブバーナー
１４０      エアークエンチングクーラ
１４１      固定格子板
１４２      可動格子板
１４３      冷却ファン
１４４      駆動装置
１４５      可動フレーム
１５１      石炭貯蔵庫
１５２、１５３      炭素繊維含有部材貯蔵庫
１６１、１６２      粉砕装置
１７１、１７２      集塵機
１８１、１８２      燃料供給ライン
【要約】
【課題】炭素繊維含有部材を燃料として用いるセメントクリンカの製造において、大気中への煤塵の排出を抑制するとともに、製造したセメントクリンカから生成されたモルタルの品質を向上させることができるセメントクリンカの製造方法の提供。
【解決手段】炭素繊維含有部材をロータリーキルンのバーナーの燃料として燃焼させ、粉体原料を焼成させるセメントクリンカの製造方法において、平均粒径が２ｍｍ以下であり、かつ粒径が１ｍｍ以下であるものが５０質量％以下、１ｍｍ超２ｍｍ以下であるものが３０質量％以上７０質量％以下、２ｍｍ超３ｍｍ以下であるものが５０質量％以下となるように前記炭素繊維含有部材を粉砕して炭素繊維含有粉を得る粉砕工程と、前記炭素繊維含有粉を、前記ロータリーキルンの内部において１，２００℃以上で燃焼させる燃焼工程と、を含むセメントクリンカの製造方法である。
【選択図】なし【図１】
0006036920.tif 000003
【図２】
0006036920.tif 000004