(57)【要約】【課題】  ロータリーキルンでセメントクリンカーを焼成するに際し、適切な温度管理のために、直接的にリアルタイムで炉内温度を把握できる方法を提供する【解決手段】  焼成物が、ボーグ式（Ｂｏｇｕｅ式）により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％〜３２％、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、かつ鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカーである場合に、キルンフット部３に放射温度計４を設け、キルン内焼成帯温度部５の温度を直接測定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボーグ式（Ｂｏｇｕｅ式）により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％〜３２％、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、かつ鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカーをロータリーキルンで焼成して製造するに際し、ロータリーキルンの下流方向から放射温度計によりキルン内の温度を測定し、該温度測定結果に基づいてクリンカー焼成温度の調整を行うことを特徴とするセメントクリンカーの製造方法。
【請求項２】
クリンカー焼成温度を１３００℃〜１４００℃の範囲で調整する請求項１記載のセメントクリンカーの製造方法。
【請求項３】
ロータリーキルン形式のセメント製造装置において、キルンフット部にキルン内の温度を測定する放射温度計を備えることを特徴とするセメント製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は効率的なセメントクリンカーの製造方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
セメント産業は、大量生産・大量消費型産業であり、省資源・省エネルギーは最重要課題となっている。例えば、最も大量に製造されているポルドランドセメントは所定の化学組成に調整された原料を１４５０℃〜１５５０℃もの高温で焼成してクリンカーとする必要があり、焼成工程が最もエネルギー消費の大きい工程である。すなわち、クリンカーの焼成温度を低減することができればエネルギー削減につながる。クリンカーの焼成温度低減にはクリンカーの主要鉱物であるＣ４ＡＦ（４ＣａＯ・Ａｌ２Ｏ３・Ｆｅ２Ｏ３）を増加させる技術が開発されている（特許文献１）。
【０００３】
一方、セメントクリンカーの製造に際しては所望の鉱物組成とし、かつｆ−ＣａＯの生成量を抑制するため適切な温度制御が必要である。そのため、焼成炉内の温度を把握することが求められているが、従来から製造されている汎用的な組成のセメントクリンカーでは、炉内の粉塵の巻き上げが多く、温度計での測定が困難であった。そのため、被焼成物の物性から焼成温度を間接的に求める手法が提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５６６５６３８号公報
【特許文献２】特許第５０８４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２の方法では、被焼成物の物性を測定するため、運転している状態との間でタイムラグが生じるため、温度が正確に反映されない恐れがあった。そこで本発明では、直接的にリアルタイムで炉内温度を把握できる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】
【０００６】
本発明者等は上記課題に鑑み、鋭意検討を行った。そして、特許文献１に記載のセメントクリンカーは、その製造時においてもロータリーキルン内で粉塵を巻き上げることが少なく、よって、放射温度計によりロータリーキルン内の温度を測定可能なことを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明は、ボーグ式により算出されるＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量が２２％以上、Ｃ３Ｓ量が６０％以上、かつ鉄率（Ｉ．Ｍ．）が０．８〜１．３のセメントクリンカーをロータリーキルンで焼成して製造するに際し、ロータリーキルンの下流方向から放射温度計によりキルン内の温度を測定し、該温度測定結果に基づいてクリンカー焼成温度の調整を行うことを特徴とするセメントクリンカーの製造方法である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ロータリーキルン内の温度をリアルタイムで測定できるため、適切な炉内環境の制御ができ、よって焼成不良となってしまうセメントクリンカーの割合を大いに減ずることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明を実施するためのセメント製造装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明のセメントクリンカーにおけるＣ３Ａ、Ｃ４ＡＦおよびＣ３Ｓ量は、ボーグ式によって求められるものである。
【００１１】
ボーグ式は、係数・諸比率とならんで利用され、主要化学分析値を用いておよその主要化合物組成を算出する計算式であり、当業者には周知の式であるが、念のため、以下にボーグ式によるクリンカー中の各鉱物量の求め方を記しておく。
【００１２】
Ｃ３Ｓ量  ＝  （４．０７×ＣａＯ）―（７．６０×ＳｉＯ２）―（６．７２×Ａｌ２Ｏ３）―（１．４３×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ２Ｓ量  ＝  （２．８７×ＳｉＯ２）―（０．７５４×Ｃ３Ｓ）
Ｃ３Ａ量  ＝  （２．６５×Ａｌ２Ｏ３）―（１．６９×Ｆｅ２Ｏ３）
Ｃ４ＡＦ量  ＝  ３．０４×Ｆｅ２Ｏ３
【００１３】
また鉄率（Ｉ．Ｍ．）は、水硬率（Ｈ．Ｍ．）ケイ率（Ｓ．Ｍ.）、活動係数（Ａ．Ｉ．）および石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）とならんで、主要化学成分値を用いて求められ、クリンカー製造管理のための特性値として、回数・諸比率の一つとして利用されており、当業者には周知の係数であるが、念のため、以下に当該鉄率の計算方法を他の係数値と併せて記しておく。
【００１４】
水硬率（Ｈ．Ｍ．）  ＝  ＣａＯ／（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
ケイ酸率（Ｓ．Ｍ．）  ＝  ＳｉＯ２／（Ａｌ２Ｏ３＋Ｆｅ２Ｏ３）
鉄率（Ｉ．Ｍ．）  ＝  Ａｌ２Ｏ３／Ｆｅ２Ｏ３
活動係数（Ａ．Ｉ．）  ＝  ＳｉＯ２／Ａｌ２Ｏ３
石灰飽和度（Ｌ．Ｓ．Ｄ．）  ＝  ＣａＯ／（２．８×ＳｉＯ２＋１．２×Ａｌ２Ｏ３＋０．６５×Ｆｅ２Ｏ３）
【００１５】
なお、上記中の「ＣａＯ」、「ＳｉＯ２」、「Ａｌ２Ｏ３」および「Ｆｅ２Ｏ３」は、それぞれＪＩＳ  Ｒ  ５２０２「ポルトランドセメントの化学分析法」やＪＩＳ  Ｒ  ５２０４「セメントの蛍光Ｘ線分析法」などに準拠した方法により測定できる。
【００１６】
上述の通り、本発明のセメントクリンカーにおいては、Ｃ３Ａ、Ｃ４ＡＦの量はその合計が２２％〜３２％でなくてはならない。これらの量が２２％を下回ると強度発現性などの物性の良好なセメントクリンカーを１３００〜１４００℃の温度で焼成して得ることが困難になる。より好ましい合計量は２４％以上である。一方でこれらの量が３２％を上回ると液相量が多すぎるため、ロータリーキルン内でのコーチングの発達等、キルン運転に影響を及ぼす。より好ましい合計量は２８％以下である。またこの両成分のうち、Ｃ４ＡＦは、低温でも十分に焼結させることができ、かつクリンカー中のｆ−ＣａＯ量を少なくできる点で、単独で１５％以上存在することが好ましい。
【００１７】
Ｃ３Ｓ量は本発明のセメントクリンカーを用いたセメント組成物（以下、単に「セメント」）の強度発現性に対して極めて重要である。この量が６０％を下回るとＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量および後述する鉄率を所定の範囲にしても良好な強度発現性を得られない。Ｃ３Ｓ量は６２％以上であることが好ましく、６３％以上であることが特に好ましい。なお上述したＣ３ＡおよびＣ４ＡＦの合計量は少なくとも２２％であるから、Ｃ３Ｓ量の上限は７８％となる。凝結の開始から終結までの時間をある程度確保するために、７０％以下が好ましく、６５％以下がより好ましい。
【００１８】
本発明のセメントクリンカーにはさらにＣ２Ｓが含まれていてもよい。その量は１８％以下であり、３％以上であることが好ましい。長期強度を得るという観点から、特に好ましくはＣ３Ｓ量との合計量が６９％以上となる量である。
【００１９】
本発明のセメントクリンカーにおいては鉄率（Ｉ．Ｍ．）を０．８〜１．３とする。鉄率が０．８を下回ると十分な凝結性状が得られず、硬化体を形成しにくくなり、強度発現性を得ることができない。鉄率が１．３を超えると、本発明のセメントクリンカーにおける他の要件を満足していても十分な強度発現性（より具体的には、例えばモルタル強さ発現）を得ることができない。さらに鉄率が１．３を超える場合、凝結開始から終結までの時間が長くなりすぎる傾向にあり、この点からも鉄率は０．８〜１．３とする。より好ましい鉄率の範囲は１．０〜１．３であり、特に好ましくは１．１４〜１．２７である。
【００２０】
水硬率及びケイ酸率は特に限定されるものではないが、各種物性のバランスに優れたものとするために、水硬率は好ましくは１．８〜２．２、特に好ましくは１．９〜２．１であり、またケイ酸率は好ましくは１．０〜２．０、特に好ましくは１．１〜１．７である。
【００２１】
本発明においては、上記組成になるように計算、配合された原料をロータリーキルンにて１３００〜１４００℃で焼成する。組成の計算は、従来公知の方法によればよく、原料となる石灰石、軟珪石、粘土等の天然原料や、高炉スラグ、製鋼スラグ、非鉄鉱滓、石炭灰、下水汚泥、浄水汚泥、製紙スラッジ、建設発生土、鋳物砂、ばいじん、焼却飛灰、溶融飛灰、塩素バイパスダスト、木屑、廃白土、ボタ、廃タイヤ、貝殻、都市ごみやその焼却灰等の副産物・廃棄物原料の化学組成を各々測定し、調合比を求めるなどの方法によればよい。
【００２２】
本発明においては、ロータリーキルンの下流方向から放射温度計によりキルン内の温度を測定し、該温度測定結果に基づいて、好ましくはクリンカー焼成温度が１３００〜１４００℃となるよう調整を行う。
【００２３】
ロータリーキルンとしては公知のものを使用でき、具体的にはＳＰキルン、ＮＳＰキルン等を用いることができる。
【００２４】
放射温度計としては、１０００〜１５００℃程度の範囲が測定できるものであればよく、このような機器としては多くの市販品がある。また形式としては熱型でも量子型でもよい。量子型としては、インジウム・アンチモン、水銀・カドミウム・テルル、量子井戸型センサ、量子ドット型センサなどの形式がある。また、必要に応じて可動焦点型のものを用いてもよいが、通常は、固定焦点型のものを用いる方が好ましい。
【００２５】
本発明における放射温度計を用いた温度測定を、図面を参照してより詳しく説明する。図１においては、プレヒーター１を経由してきたクリンカー原料は、ロータリーキルン２に導入されそこで焼成される。窯前側のフット部３には、放射温度計４がロータリーキルン内の焼成帯温度部５に焦点を合わせて設置されており、その部分の温度を測定するようになっている。
【００２６】
本発明におけるセメントクリンカーは、１３００℃未満では十分に焼成が成されない傾向が強く、一方１４００℃を超えると溶融してしまい激しいコーチングを引き起こす傾向がある。そのため上記焼点温度計により温度をリアルタイムで測定し、必要に応じて温度制御を行う。
【００２７】
温度制御の具体的な方法としては、燃料の増減がある。具体的には、所定の温度よりも高温になってきた場合、燃料となる微粉炭や重油の量を減らし、逆に低温になってきた場合には増やす操作を行えば良い。
【００２８】
本発明の製造方法で製造されたセメントクリンカーは、従来公知のセメントクリンカーと同様、セッコウと共に粉砕または個別に粉砕した後、混合することにより、セメントとすることができる。当該セメントとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメントが挙げられる。またポルトランドセメントとする以外にも、各種混合セメントや、土壌固化材等の固化材の構成成分として使用することも可能である。
【００２９】
セッコウを加えてセメントとする場合、使用するセッコウについては、二水セッコウ、半水セッコウ、無水セッコウ等のセメント製造原料として公知のセッコウが特に制限なく使用できる。セッコウの添加量は、ポルトランドセメントの場合、そのなかのＳＯ３量が１．５〜５．０質量％となるように添加することが好ましく、１．８〜３質量％となるような添加量がより好ましい。上記セメントクリンカーおよびセッコウの粉砕方法については、公知の技術が特に制限なく使用できる。
【００３０】
また、当該セメントには、高炉スラグ、シリカ質混合材、フライアッシュ、炭酸カルシウム、石灰石等の混合材や粉砕助剤を適宜添加して混合粉砕するか、粉砕後に混合材と混合してもよい。また塩素バイパスダスト等を混合してもよい。
【００３１】
セメントの粉末度は、特に制限されないが、ブレーン比表面積で２８００〜４５００ｃｍ２／ｇに調整されることが好ましい。
【００３２】
さらに必要に応じ、粉砕後に高炉スラグ、フライアッシュ等を混合し、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント等にすることも可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１．プレヒーター
２．ロータリーキルン胴体
３．キルンフット部
４．放射温度計
５．キルン内焼成帯温度部
６．燃料バーナー
７．クーラー
【図１】
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