(57)【要約】【課題】既存のセメント製造プラントにおける空冷式の冷却システムをそのまま利用して、水和活性の大きなセメント鉱物を有する高強度のセメントの製造を可能とするセメントクリンカの冷却方法、及びその冷却装置の実現を目的とする。【解決手段】空気冷却方式のクリンカクーラにおいて、１０００℃から１３００℃のクリンカの温度領域に固体の熱媒体を投入し、クリンカを当該固体熱媒体と接触させることで急速冷却することを特徴とするセメントクリンカの冷却方法、を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気冷却方式のクリンカクーラにおいて、１０００℃から１３００℃のクリンカの温度領域に固体の熱媒体を投入し、クリンカを当該固体熱媒体と接触させることで急速冷却することを特徴とするセメントクリンカの冷却方法。
【請求項２】
前記固体熱媒体は、クリンカクーラから排出後、クリンカと分離された後、循環して使用されることを特徴とする請求項１記載のセメントクリンカの冷却方法。
【請求項３】
前記固体熱媒体が、鉄、または鉄を主成分とする合金からなる金属媒体であることを特徴とする請求項１及び２記載のセメントクリンカの冷却方法。
【請求項４】
セメント製造プラント用の、空気冷却方式のクリンカ冷却装置であって、
クリンカクーラと、
クリンカクーラへ熱媒体を投入する熱媒体投入装置と、
クリンカクーラ出口において、クリンカと熱媒体を分離する分離装置と、
該冷却された熱媒体を当該熱媒体投入装置へ搬送する搬送装置とを
有することを特徴とするクリンカの冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメント製造プラントにおいて、セメントクリンカを焼成するキルンの下流に設けられ、セメントクリンカを搬送しつつ冷却するセメントクリンカ冷却方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セメント製造プラントにおいて焼成工程を行う焼成装置は、サスペンションプレヒーター等の予熱装置、ロータリーキルン及びセメントクリンカ冷却装置が直列に配設され、ロータリーキルンの下流側端部にはバーナーが設けられて構成されている。
【０００３】
そして、予熱装置で原料粉末を予熱・一部焼成してロータリーキルンに送り、ロータリーキルンで１４５０℃程度に加熱してセメントクリンカを焼成し、セメントクリンカ冷却装置で１００℃程度まで冷却するようになっている。
【０００４】
セメントクリンカ冷却装置は、特許文献１及び２に開示のごとく、ロータリーキルンによって焼成されたセメントクリンカを、クリンカクーラ床部に配設された複数のグレートプレートによって支持し、その前後方向の移動駆動によって搬送しつつグレートプレートに開口形成されたスリットを介して下側から供給される空気によって冷却するように構成されている。
【０００５】
冷却に供された後の空気は、ロータリーキルンのバーナー、予熱装置に供給され、また、下流側の相対的に低温なものは排気されるようにもなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−００８４４３号公報
【特許文献２】特開２００１−０４８６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、セメントの品質を決定づける因子として、クリンカ鉱物であるビーライトの結晶形態が重要であることが知られている。高強度のセメントを製造するためには、高温域でクリンカを十分に焼成し、いったん結晶性の高い高温型のα相のビーライトをつくった後、１０００℃以上の温度から、β相とα相の相間の転移が起こる６３０〜６８０℃以下の温度まで急冷すると、固溶した不純物成分を析出させることなく、α相のまま安定することが有効である。
【０００８】
しかしながら、上記、従来構成のセメントクリンカ冷却装置では、空冷方式であり、冷却速度が比較的小さく、クリンカ鉱物を好ましい結晶形態に保持する点が不十分であった。また、クリンカの冷却方式には、直接、水中にクリンカの落ち口から投入させる水没方式があるが、１０００℃以上の高温域からの直接水没は、熱回収が出来なくなり熱ロスが大きいという問題があった。
【０００９】
さらにまた、クリンカを冷却し熱交換された空気は、前述のごとくロータリーキルンのバーナーや仮焼炉に供給され有効に利用されるが、水没方式ではこのような熱交換された空気を有効に活用することはできず、既存のセメント製造プラントにそのまま適用することは難しい。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、既存のセメント製造プラントにおける空冷式の冷却システムをそのまま利用して、水和活性の大きなセメント鉱物を有する高強度のセメントの製造を可能とするセメントクリンカの冷却方法、及びその冷却装置の実現を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、空気冷却方式のクリンカクーラにおいて、１０００℃から１３００℃のクリンカの温度領域に固体の熱媒体を投入して、クリンカを前記固体熱媒体と接触させることで急速冷却することを特徴とするセメントクリンカの冷却方法、を提供する。
【００１２】
また、上記固体熱媒体は、クリンカクーラから排出後、クリンカと分離された後、循環して使用されることを特徴とする請求項１記載のセメントクリンカの冷却方法、を提供する。
【００１３】
さらにまた、上記固体熱媒体が、鉄、または鉄を主成分とする合金からなる金属媒体であることを特徴とする請求項１及び２記載のセメントクリンカの冷却方法、を提供する。
【００１４】
加えて、セメント製造プラント用の、空気冷却方式のクリンカ冷却装置であって、クリンカクーラと、クリンカクーラへ熱媒体を投入する熱媒体投入装置と、クリンカクーラ出口において、クリンカと熱媒体を分離する分離装置と、該冷却された熱媒体を当該熱媒体投入装置へ搬送する搬送装置とを有することを特徴とするクリンカの冷却装置、を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
既存のセメントクリンカ冷却装置を用いて、熱をロスすることなく、高温域でより高い冷却速度を達成することが出来、水和活性の大きなセメント鉱物を有するクリンカを得ることができる。  
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明に係るセメントクリンカ冷却装置一構成例の概念構成図である。
【図２】本発明に係るセメントクリンカ冷却装置の熱媒体のフローを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明に係るセメントクリンカ冷却装置の一構成例の概念構成に関する図である。
【００１８】
図示した概念構成のセメントクリンカ冷却装置１００は、従来型クリンカクーラのグレートプレート１０、熱媒体１とセメントクリンカの分離装置２０、分離後の熱媒体をストックする下部ストック３０、熱媒体をクリンカクーラに搬送するためにストックする上部ストック５０、両ストック間の熱媒体輸送機となる昇降機４０、熱媒体をロータリーキルンのクリンカ落ち口に供給する媒体投入機６０及びクーラ冷却空気送風機７０とから構成されている。
【００１９】
図２は、本発明に係るセメントクリンカ冷却装置の熱媒体のフローを示した図である。本図のように、クリンカを冷却した熱媒体の回収過程で、熱媒体を、送風で空気冷却して、その熱回収をおこなうことも好ましい。
【００２０】
セメントクリンカ冷却装置１００では、１０００℃から１３００℃までのクリンカ温度領域のクリンカ落ち口近傍で、グレートプレート上のクリンカに、熱媒体１が投入機６０から搬送されて落下し、クリンカと混合される。落下方式は、グレートプレートの損傷を起さず、その衝撃をクリンカの粗砕に導ける方式を選定する。熱媒体は、１００℃以下の温度で供給され高温のクリンカと接触しクリンカから熱を奪って、クリンカを急冷する。
【００２１】
熱媒体の材質は、鉄、または鉄を主成分とする合金からなる金属である。これら鉄を主成分とする金属は、比熱が大きく、伝熱係数が高く、また耐熱性に優れていることから、高い冷却効果が得られる。また、保有する熱の再放散により熱を無駄にすることがない点も好適である。さらに、耐摩耗性に優れる高炭素鋼、クローム鋼等がより好ましい。
【００２２】
熱媒体のサイズは、直径１〜２０ｍｍが好ましい。冷却効果の点では、小さい方がクリンカとの接触面積が大きく好ましいが、直径が１ｍｍ以下だと直ぐに熱せられてしまい、逆にクリンカの冷却効果の阻害するおそれがある。一方、２０ｍｍを越えた場合、クリンカとの接触面積が低下して十分な冷却効果をもたらすことができなくなる。
なお、熱媒体の形状は特に限定されないが、球状、円柱状、多面体状、扁平状のものが使用される。
【００２３】
熱媒体を投入するクリンカ温度領域は、前述の通り、１０００℃から１３００℃が好ましい。普通ポルトランドセメントのクリンカの焼点温度は、１４５０℃程度であり、通常のクリンカクーラ入り口温度は１３５０℃程度であるが、なるべく１０００℃以上の高温から６００℃以下の温度まできるだけ短時間に、具体的には、３０℃／秒を越える速度での急冷が、好ましい。急冷開始温度が１０００℃未満であると、そこから急冷してもクリンカ鉱物の活性は高まらない。
【００２４】
熱媒体１の投入量は、クリンカ量に比較して多いほどクリンカの冷却効果はあるが、クリンカ量に対して熱媒体の過剰な投入はクリンカクーラにおけるクリンカの処理量そのものを低下させ、またクリンカクーラ設備の作動にも負荷をかけることになる。さらに、クリンカクーラ内で熱交換された冷却空気はロータリーキルンへ熱ガスとして送られることから、熱媒体を多量に投入するとクリンカクーラ内のガス温度が低下して、キルンでの焼成に影響を及ぼしてしまう。このため、熱媒体の投入量はクリンカ１ｔあたり０．１ｔ〜１ｔが好ましい。
【００２５】
熱媒体１は、セメントクリンカ（図１中にその移動を細線矢印で示した）とともに、合流後、グレートプレート上をクリンカクーラ落ち口まで移動する。クリンカクーラ落ち口での熱媒体の温度はクリンカとほぼ同じ１００〜１５０℃の温度になっている。
【００２６】
クリンカクーラ落ち口には、セメントクリンカ２と熱媒体１との分離装置２０を設置し、セメントクリンカと熱媒体を分離する。分離方法は、磁力による分離が好ましく、また適宜、篩による粒径分離、比重差による分離を組み合わせて行うことができる。
【００２７】
クリンカと分離した熱媒体１は、図１中の太実線矢印の示す移動の通り、下部ストッカに３０にストックする。セメントクリンカは、粉砕工程へと移行する。
【００２８】
下部ストッカ３０の熱媒体１は、循環して使用するために、上部ストッカ５０に、搬送される。この搬送時にファンを用いて冷却させることができる。上部ストッカに搬送する昇降機は、バケットエレベーターが好ましい。なお、バケットエレベーターでの輸送途中で空気による熱回収を行うこともできる。
【００２９】
上部ストッカから、熱媒体１は、投入機６０を用いて、投入量を制御しながら、クリンカクーラの適切な温度領域部分に投入する。
【００３０】
尚、本発明は上記構成例に限るものではなく、適宜変更可能なものである。
【００３１】
表１に、参考のために、本願発明の方法と同一の冷却曲線（時間−冷却温度曲線）に模擬して、冷却されたセメントクリンカを使用したセメントＡと、通常のクーラを使用したとき得られる方法と同一の冷却曲線（時間−冷却温度曲線）で、冷却されたセメントクリンカを使用したセメントＢの３，７，２８日材齢モルタルの一軸圧縮強度試験結果を示す。
モルタルの圧縮強度は「JIS R 5201(セメントの物理試験方法)」に準じて測定した。なお、モルタルの配合は、水／水硬性組成物（質量）比＝０．５、細骨材／水硬性組成物（質量）比＝３．０とした。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
セメントＡは、セメントＢに比べて、特に２８日の圧縮強度が大であるという好結果が得られた。また、粉末Ｘ線回折のステップドスキャンで、ベリットの回折ピークの精密測定を行った結果、セメントＢのベリット中のα相が約３％であるのに対して、セメントＡのべリット中のα相は約２０％と高い量を維持していることを確認した。
【符号の説明】
【００３４】
1：熱媒体（図示例は鉄球）
2：セメントクリンカ
10：クリンカクーラ（グレートプレート、スリットを含む）
11：気流
12：スリット
13：気流排出口
14：加熱気流
20：分離機
30：下部ストッカ
40：昇降機
50：上部ストッカ
60：投入機
70：送風機
80：ロータリーキルン
90：予熱機
100：セメントクリンカ冷却装置
【図１】
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【図２】
2013184880.tif 000005