(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下である粗粉とする分級機と、
前記粗粉に、絶乾比重を低下させる充填剤を混合および混練して解砕することにより核造粒物を形成する核造粒系と、
前記粗粉を混練して解砕することにより石炭灰造粒物を形成する石炭灰造粒系と、
前記核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして所定粒径の生ペレットを形成するパン型造粒機と、
前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機と
を有し、
前記パン型造粒機は、
前記核造粒系の最下流に位置され、前記核造粒物を造粒する造粒部と、
前記石炭灰造粒系の最下流に位置され、前記石炭灰造粒物を造粒しながら、前記造粒部から送給された核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして生ペレットを形成するコーティング部と
を備えていることを特徴とする人工軽量骨材の製造設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石炭灰から軽量コンクリートの骨材に適用される人工軽量骨材の製造設備に関し、特には頁岩を原料とする人工軽量骨材よりも軽量な絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材の製造設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
石炭焚ボイラから排出される石炭灰の有効利用技術の一つとして軽量コンクリートの骨材に適用される人工軽量骨材がある。この石炭灰を利用した人工軽量骨材は、ＪＩＳ−Ａ５００２に規定されており、軽量化の指標となる絶乾比重がＭ種で１．０〜１．５に設定されている。しかし、現在、市販されている人工軽量骨材の主体は、頁岩を原料とするものであり、その絶乾比重は１．２７〜１．３５である。従って、石炭灰から製造する人工軽量骨材は、頁岩を原料とするもの以上の品質となるように、絶乾比重が１．２５以下であることが要望されている。
【０００３】
そこで、特開平１１−９２１９１号公報には、石炭灰を分級することによって、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下となる粗粉を形成した後、この粗粉の造粒物を焼成して人工軽量骨材とすることにより１．２５以下の絶乾比重を達成する製造方法が開示されている。さらに、このような粒径の調整だけでは１．２５以下の絶乾比重にならない石炭灰に対しては、粒径の調整後に低比重剤や発泡剤からなる添加剤を加えてから人工軽量骨材とする製造方法も開示されている。これにより、性状の異なる各種の石炭灰を用いた場合でも、絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を確実に製造することが可能になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の製造方法では、充填剤が石炭灰に比較して高価であるため、充填剤を加えて製造された人工軽量骨材の製造原価が高騰し易いという問題がある。そこで、石炭灰に対する充填剤の使用量を少なくすれば、製造原価を容易に抑えることができるが、単純に充填剤の使用量を少なくしただけでは、人工軽量骨材の絶乾比重を１．２５以下にできない。
【０００５】
従って、本発明は、１．２５以下の絶乾比重を維持しながら充填剤の使用量の抑制により製造コストを低減することができる人工軽量骨材の製造設備を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、人工軽量骨材の製造設備であって、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下である粗粉とする分級機と、前記粗粉に、絶乾比重を低下させる充填剤を混合および混練して解砕することにより核造粒物を形成する核造粒系と、前記粗粉を混練して解砕することにより石炭灰造粒物を形成する石炭灰造粒系と、前記核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして所定粒径の生ペレットを形成するパン型造粒機と、前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機とを有する。そして、前記パン型造粒機は、前記核造粒系の最下流に位置され、前記核造粒物を造粒する造粒部と、前記石炭灰造粒系の最下流に位置され、前記石炭灰造粒物を造粒しながら、前記造粒部から送給された核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして生ペレットを形成するコーティング部とを備えていることを特徴としている。
上記の構成によれば、生ペレットを構成する核造粒物にのみ充填剤が使用されているため、１．２５以下の絶乾比重を維持しながら充填剤の使用量の抑制により製造コストを低減することができる。
【００１０】
また、上記の構成によれば、パン型造粒機が核造粒系と石炭灰造粒系とに共用されているため、それぞれの造粒系にパン型造粒機を設けた場合よりも製造設備に要する装置コストを低減することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図１ないし図４に基づいて以下に説明する。
本実施の形態に係る人工軽量骨材の製造設備は、図１に示すように、発電所から排出された石炭灰を風選により分級する分級機１１を有している。分級機１１は、石炭灰の各粒子を回転させて各粒子に回転流による遠心力と空気流による抗力を与える回転体を備えており、粗粒子を遠心力により回転体の外周方向へ飛ばし、微粒子を空気とともに回転体の内周方向に送り込むことによって、両粒子を選別するように構成されている。そして、分級機１１は、石炭灰を粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下である粗粉と、その他の細粉とに分級するように、回転体の回転速度やサイズ等が設定されている。
【００１２】
ここで、石炭灰の分級に際して、粒径１０μｍ以下の微粒子に着目したのは、粗粉中の細粉が多いと、細粉が粗粉の間に入り込んで、空隙を埋めるからである。また、粒径１０μｍ以内の細粉の量が絶乾比重に大きな影響を及ぼし、粒径１０μｍを越える細粉の量を規定しても絶乾比重はそれほど変化しないからである。さらに、石炭灰を分級する際の分級効率は粒径１０μｍを越えると粗粉回収効率が低下し、細粉と粗粉とを分けられなくなるからである。特に石炭灰の場合、細粉はＪＩＳ灰として販売できるので、粗粉と細粉との選別比率は、５割±２割以内とするためには、粒径１０μｍ以下の微粒子で分ける必要がある。
【００１３】
また、粒径１０μｍ以下の微粒子を１５％以下としたのは、粗粉の間の空間を細粉が埋めるのを阻止して、絶乾比重の低下に寄与するためには、１５％以下にする必要があるからである。尚、１５％以下、好ましくは１０％以下に制限すると、絶乾比重の低下が認められる。
【００１４】
上記のように石炭灰を分級する分級機１１は、図４の核造粒物６３（シード）を形成する核造粒系６１と、図４の核造粒物６３の表面に石炭灰からなる石炭灰造粒物６４をコーティングする石炭灰造粒系６２とに連絡されている。核造粒系６１は、並列配置された第１〜第４ホッパー１〜４と混練機５と解砕機６とベルトフィーダー７とパン型造粒機８とを処理の上流側から下流側にかけてこの順に備えている。
【００１５】
核造粒系６１の最上流に配設された第１ホッパー１は、上述の分級機１１で粒径が調整された石炭灰を収容している。また、第２〜第４ホッパー２〜４は、低比重剤、発泡化剤および微粉炭をそれぞれ充填剤として収容している。尚、充填剤とは、絶乾比重を低下させる材料を意味する。そして、これらの第１〜第４ホッパー１〜４は、下端部の供給口が相互に連絡されており、石炭灰、低比重剤、発泡化剤および微粉炭を任意の割合で混合し、この混合物を後段の混練機５に供給可能にされている。
【００１６】
ここで、低比重剤には、真比重または見掛比重が主原料である石炭灰よりも軽い物質あるいは燃焼して焼失する成分が含有されている全ての物質を用いることができる。普通の低比重剤には、もみがら、おがくず、シュートくず、バカス、石炭粒、コークス粒、木炭粒、木屑、破砕紙が知られている。尚、低比重剤は、これらの低比重剤が入手の安定性に欠けること、および入手にコストが掛かることから、廃棄物として埋め立て処分される流動床ボイラー灰や下水汚泥焼却灰、建設泥土、重油灰のいずれか一つ以上であって残留炭素を含むものを有効利用することが好ましい。
【００１７】
また、下水汚泥焼却灰は、下水処理場で発生する汚泥物を燃焼した際に発生する残留物であり、建設泥土は、建設および土木工事で発生する土砂を主体とする廃棄物である。流動床ボイラー灰は、流動床ボイラー灰で燃焼された石炭の残留物であり、重油灰は重油を燃焼した際に発生する残留物である。特に流動床ボイラー灰はそれ単独では軽量骨材にならず、石炭灰より残留炭素が多いことから、石炭灰を混ぜて絶乾比重を下げるのに適している。ただし、石炭灰１００重量部に混ぜる流動床ボイラー灰等の廃棄物系低比重剤は、４０重量部を限度として混合する。４０重量部を越えると、圧潰強度の低下によって焼成時の歩止まり率が悪化するとともに、絶乾比重の低下が少なくなるからである。
【００１８】
また、発泡化剤には、パーライトやシラス、ゼオライト等の発泡性を有する鉱物および石膏の少なくとも何れか１つ以上を用いることができる。シラス、パーライト、ゼオライトは天然に産する鉱物であり、石膏は工業製品または脱硫工程で発生する何れを用いてもよい。尚、発泡化剤は、上記材料に限定されるものではなく、８００℃以上の高温域において発泡性を発現するものであればよい。但し、石炭灰に混ぜる発泡化剤は、石炭灰または石炭灰と低比重剤の１００重量部に対して２０重量部を限度とする。２０重量部を越えても、絶乾比重の低下が認められなくなるからである。
【００１９】
上記のような各種の添加剤や石炭灰を収容した第１〜第４ホッパー１〜４の後段に配設された混練機５は、石炭灰もしくは石炭灰と微粉炭、または、石炭灰と微粉炭および低比重剤と発泡化剤の少なくとも何れか一方との混合物に水５’を加えて混練するように構成されている。そして、混練機５は、混合物を解砕して核造粒物６３とする解砕機６に連絡されており、解砕機６は、核造粒物６３を所定の送給量でもって搬送するベルトフィーダー７を介して後述のパン型造粒機８に連絡されている。
【００２０】
一方、石炭灰造粒系６２は、分級機１１で粒径が調整された石炭灰を収容する第５ホッパー５１を備えている。第５ホッパー５１は、核造粒系６１の最上流に配設されており、この第５ホッパー５１の後段には、石炭灰からなる石炭灰造粒物を形成するように混練機５５と解砕機５６とベルトフィーダー５７とがこの順に配設されている。そして、ベルトフィーダー５７の後段には、パン型造粒機８が配設されている。
【００２１】
上記のパン型造粒機８は、核造粒系６１と石炭灰造粒系６２とに共用されている。パン型造粒機８は、図２に示すように、処理台の下部を階段状に加工することにより形成された造粒部８ａとコーティング部８ｂとを備えている。造粒部８ａは、核造粒系６１の最下流に配置されており、核造粒物６３を所定粒径の範囲内に造粒するように設定されている。尚、造粒部８ａは、生ペレット６５の目標粒径に対して０．８〜０．６５の粒径範囲に核造粒物６３の造粒を行うように設定されていることが望ましい。これは、この粒径範囲の核造粒物６３であれば、生ペレット６５の絶乾比重を確実に１．２５以下に抑えることができるからである。一方、パン型造粒機８のコーティング部８ｂは、石炭灰造粒系６２の最下流に位置されており、石炭灰造粒物６４を造粒しながら、造粒部８ａから送給された核造粒物６３に石炭灰造粒物６４をコーティングすることによって、所定粒径の生ペレット６５を形成するように設定されている。
【００２２】
上記のパン型造粒機８は、図１に示すように、火格子を用いる自燃焼成式の直線型移動焼成機１２に連絡されている。直線型移動焼成機１２は、乾燥−着火−焼成−冷却処理を連続運転により行うことによって、パン型造粒機８から供給された生ペレット６５を焼結するように構成されている。
【００２３】
即ち、焼成機１２は、水平方向（図中矢印Ａ）に移動する無端状の火格子２１と、この火格子２１の上方に設けられた乾燥・予熱炉２２、着火炉２３および焼結・保熱炉２４と、各炉２２・２３・２４に高熱空気を送り込む熱風管２８と、焼結・保熱炉２４の下流側に設けられた冷却ゾーン２９とを備えている。また、火格子２１の下方には、上端が火格子２１に向かって開口されたウインドボックス２５が設けられており、このウインドボックス２５の下端は、排気ダクト２６を通してブロアー２７の吸い込み側に連結されている。そして、このように構成された直線型移動焼成機１２の後段には、焼成機１２で生成された生ペレット６５の焼結体を導出するシュート３０と、焼結体を分離するクラッシャ３１と、分離された焼結体を所定形状の製品ペレットにふるい分ける篩機３２とがこの順に配設されている。
【００２４】
尚、本実施形態においては、パン型造粒機８に造粒部８ａとコーティング部８ｂとを設けることによって、パン型造粒機８を核造粒系６１と石炭灰造粒系６２とに共用しているが、これに限定されるものではない。即ち、図３に示すように、各処理系６１・６２に専用のパン型造粒機８' ・８''を設け、石炭灰造粒系６２の造粒機８''で石炭灰造粒物６４を形成した後、核造粒系６１のパン型造粒機８' で核造粒物６３を造粒すると共に、この核造粒物６３に石炭灰造粒物６４をコーティングするようになっていても良い。
【００２５】
上記の構成において、製造設備の動作を通じて人工軽量骨材の製造方法を説明する。
先ず、分級機１１において、発電所から排出された石炭灰が回転されることによって、石炭灰の各粒子に回転流による遠心力と空気流による抗力とが付与される。これにより、石炭灰の粗粒子が遠心力によって外周方向へ飛ばされる一方、石炭灰の微粒子が空気とともに内周方向に送り込まれることによって、石炭灰が選別される（分級工程）。そして、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下である石炭灰の粗粉が分級により得られると、後段の核造粒系６１の第１ホッパー１および石炭灰造粒系６２の第５ホッパー５１に送給される。
【００２６】
次に、核造粒系６１において、第１ホッパー１から石炭灰が混練機５に供給されると共に、第２〜第４ホッパー２〜４から必要に応じて低比重剤や発泡化剤、微粉炭が添加剤として混練機５に供給される。そして、混練機５で水５’が注水されて石炭灰もしくは石炭灰と微粉炭、または、石炭灰と微粉炭および低比重剤と発泡化剤の少なくとも何れか一方との混合物が混練される。この混合物は、解砕機６において解砕されて核造粒物６３とされる。この後、核造粒物６３がベルトフィーダー７により一定の供給量でパン型造粒機８の造粒部８ａに供給される（核造粒工程）。
【００２７】
造粒部８ａに供給された核造粒物６３は、生ペレット６５の目標粒径に対して０．８〜０．６５倍の粒径範囲となるように造粒された後、コーティング部８ｂに送り出される（石炭灰造粒工程）。この際、コーティング部８ｂには、石炭灰造粒系６２における混練機５５での混練処理および解砕機５６での解砕処理により形成された石炭灰造粒物６４が供給されている。従って、コーティング部８ｂに送給された核造粒物６３は、石炭灰造粒物６４と混合され、表面に石炭灰造粒物６４がコーティングされることによって、例えば粒径が１２．５μｍの生ペレット６５として形成される（生ペレット形成工程）。
【００２８】
上記のパン型造粒機８で生ペレット６５が形成されると、直線型移動焼成機１２において乾燥−着火−焼成−冷却処理を経て焼結が行われる。即ち、火格子２１の上に生ペレット６５が定量供給され、この生ペレット６５が火格子２１に伴って移動し、各炉２２，２３，２４を通過するときに、熱風管２８から高熱空気が供給され、これがブロアー２７により生ペレットの下方に向かって吸引される（図中矢印Ｂ）。尚、生ペレットの床用として焼結ペレットが敷かれる。そして、この高熱空気により焼成が行われる。詳しくは、乾燥・予熱炉２２により生ペレット６５の乾燥が行われ、次いで、着火炉２３で乾燥ペレット６５’中の未燃炭が着火する。更に、焼結・保熱炉２４により乾燥ペレット６５’中の未燃炭の燃焼が下方へ移行し、全体の焼結が完了し、焼結ペレット６５''が形成される（焼成工程）。
【００２９】
この後、焼結ペレット６５''が冷却ゾーン２９に搬送され、ブロアー２７の吸い込み空気の一部が焼結ペレット６５''の層中を下方（図中矢印Ｃ）に向かって通過されることによって、焼結ペレット６５''の冷却が行われる。冷却された焼結ペレット６５''のペレット塊は、シュート３０を経てクラッシャ３１に送り込まれて分離される。そして、分離された焼結ペレット６５''が篩機３２で所定形状の製品ペレットにふるい分けられ、軽量骨材とされる。
【００３０】
次に、本実施形態の製造方法による製造された生ペレット６５が絶乾比重を１．２５以下に維持しながら添加剤をどの程度低減できるかを調査した。
【００３１】
尚、調査方法は、生ペレット６５の粒径Ｄを１２．５ｍｍ、核造粒物６３の粒径ｄを８．０〜９．５２ｍｍの第１粒径範囲および６．５〜８．０ｍｍの第２粒径範囲に設定した。そして、第１粒径範囲の核造粒物６３が添加剤を８％および１０％含有している場合（実施例１・２）と、第２粒径範囲の核造粒物６３が添加剤を１０％含有している場合（実施例３）とにおいて、全体添加率と絶乾比重とを調査した。
【００３２】
また、比較のため、粒径Ｄが１２．５ｍｍの生ペレットを核造粒物６３のみで形成し、添加剤が０％、１０％、８％、６％含有されている場合（比較例１〜４）について、同様に調査した。この調査結果を表１に示す。
【００３３】
【表１】
0004011277.tif 000002
【００３４】
これにより、本実施形態の製造方法より製造された生ペレット６５は、全実施例１〜３において１．２５以下の絶乾比重を実現しながら、全体添加率が３．５〜２．１％の範囲に抑えられていることが確認された。これに対し、比較例のように生ペレット全体を核造粒物６３のみで形成した場合には、１．２５以下の絶乾比重を実現しようとすると、全体添加率を６〜１０％にまで増加させる必要があることが確認された。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は、人工軽量骨材の製造設備であって、石炭灰を分級して、粒径１０μｍ以下の微粒子の占める重量割合が１５％以下である粗粉とする分級機と、前記粗粉に、絶乾比重を低下させる充填剤を混合および混練して解砕することにより核造粒物を形成する核造粒系と、前記粗粉を混練して解砕することにより石炭灰造粒物を形成する石炭灰造粒系と、前記核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして所定粒径の生ペレットを形成するパン型造粒機と、前記生ペレットを焼成して絶乾比重が１．２５以下の人工軽量骨材を形成する焼成機とを有する構成である。そして、パン型造粒機は、前記核造粒系の最下流に位置され、前記核造粒物を造粒する造粒部と、前記石炭灰造粒系の最下流に位置され、前記石炭灰造粒物を造粒しながら、前記造粒部から送給された核造粒物に石炭灰造粒物をコーティングして生ペレットを形成するコーティング部とを備えている。
上記の構成によれば、生ペレットを構成する核造粒物にのみ充填剤が使用されているため、１．２５以下の絶乾比重を維持しながら充填剤の使用量の抑制により製造コストを低減することができる。
【００３９】
また、上記の構成によれば、パン型造粒機が核造粒系と石炭灰造粒系とに共用されているため、それぞれの造粒系にパン型造粒機を設けた場合よりも製造設備に要する装置コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】人工軽量骨材の製造設備の工程図である。
【図２】パン型造粒機における生ペレットの形成状態を示す説明図である。
【図３】人工軽量骨材の製造設備の工程図である。
【図４】生ペレットの構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１〜４  第１〜第４ホッパー
５  混練機
６  解砕機
７  ベルトフィーダー
８  パン型造粒機
８ａ  造粒部
８ｂ  コーティング部
１１  分級機
１２  直線型移動焼成機
５１  第５ホッパー
６３  核造粒物
６４  石炭灰造粒物
６５  生ペレット
【図１】
0004011277.tif 000003
【図２】
0004011277.tif 000004
【図３】
0004011277.tif 000005
【図４】
0004011277.tif 000006