セメント製造技術の系統化調査

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History of Cement Manufacturing Technology

下田孝 Takashi Shimoda■ 要旨
今日の日本のセメント産業は、セメントの品質はもとより、省エネルギー技術、労働生産性、廃棄物・副産物の原燃料への再資源化技術など、あらゆる面で世界のトップクラスにある。
本稿では、19 世紀初めに英国で発明されたセメント製造技術が、明治時代初期（19 世紀後半）に欧米から日本に導入されて以来、今日の世界トップレベルの技術水準に至るまでの技術の発展を、系統的に紹介する。
第 1 章では、セメント産業についての基本的な知識を紹介する。
第 2 章ではまず「古代のセメント」について略記し、続いて「近代のセメント」すなわち「ポルトランドセ
メント」が産業革命期の英国で誕生する過程を述べ、その技術が明治初期に導入されて、日本のセメント産業が始まった経緯を述べる。
第 3 章では、明治期から大正期にかけての日本のセメント製造技術の進歩について紹介する。この時期の画期的な技術進歩としては、①石膏添加の開始、②回転窯の導入、③セメント規格の制定、④余熱発電ボイラーの導入、などが挙げられるが、いずれも欧米技術の導入であった。
第 4 章では、昭和初期から太平洋戦争をはさんで昭和 30 年代までの技術進歩を述べている。この時期には、
乾式法、湿式法、半湿式法など様々な焼成方式が欧米から導入され、それぞれが特長を競った。この時期の画期
きばい的な技術進歩としては、①セメント品種の多様化、②エアクエンチングクーラーの採用、③改良（生灰）焼成法の開発、④連続式ブレンディングサイロの導入、などがある。この中でも③は、明治草創期以来全てを導入技術に頼ってきた日本のセメント産業にとって、初めての「独自」の技術開発であり、これが後の日本発の大型技術・
NSP キルン開発につながっていった点で重要である。
第 5 章では、昭和 40 年代以降、日本発のセメント製造技術が華と開いた状況を紹介している。昭和 30 年代
末に「SP キルン」の技術がドイツから導入されるや、その優れた熱効率や、大型化・長期連続運転に適するという長所から、日本国内の新増設キルンはほとんどが SP 方式を採用するほどの勢いとなった。と同時に、日本では早速その SP キルンに「改良焼成法」の技術を加えた「NSP キルン」の開発競争が起こり、いろいろな型式の NSP キルンが成功裏に開発された。NSP キルンは SP キルンよりもさらに熱効率、大型化、長期連続運転に優れ、結果として、日本のセメント産業のエネルギー効率や品質を、世界のトップレベルに押し上げた。また、
NSP 開発の成功が、日本のセメント業界に自信を与え、渦流型セパレーター、セメント粉砕用竪型ミルなど、
省エネ指向の世界的に競争力のある日本発の新技術が次々と生み出されることにつながっていった。
第 6 章では、1970 年代に日本のセメント産業が直面した環境・公害問題の取組み、また 1990 年代以降課題になっている「気候変動問題」についての国際的なセメント業界の取組みを紹介している。
第 7 章の「セメント化学の進歩」では、製造上で重要な「焼成反応・セメント鉱物化学」の分野と、利用上で重要な「水和反応・セメント水和物の化学」の分野について、近代セメント誕生以来のセメント化学の進歩を説明する。この分野でも 1950 年代以降、日本人研究者の活躍が目立つようになってきた。クリンカー品質の顕微鏡判定法「小野メソッド」は、工場現場で役立つ技術として、世界的に高い評価を受けている。
第 8 章では、日本のセメント規格と、セメント品種の多様化の変遷について述べる。
第 9 章では、20 世紀を通じて培ってきたセメント製造の設備・技術やセメント化学の知識を基盤に、「建設基礎資材供給の基幹産業」から、「資源循環型社会構築を支える中核産業」へと発展しつつある日本のセメント産
業の姿を紹介する。ここでも、塩素バイパス、灰水洗、エコセメントなど、廃棄物再資源化のための日本発の新しい技術が、次々と生み出されていることを紹介する。

■ Abstract
The Japanese cement industry today produces the best quality portland cement with the lowest energy consumption
and highest labor productivity in the world. In addition, since the 1990s, the industry has been demonstrating a newrole for the cement industry by using industrial and municipal waste as Alternative Fuel and Raw Materials (AFR). The
Japanese cement industry has thus come to pursue two industrial missions: the manufacture of quality cement andcontribution to a sustainable society.
The cement industry in Japan started in the 1870s when the Japanese government constructed the country’s first
cement plant, in Tokyo, which relied on European technology and equipment. For the next 90 years, up until the 1960s,
Japan imported new technology and equipment from Europe and the U.S.A. Rotary kilns, tube mills, vertical mills, kiln
waste-gas boilers/generators, air-quenching coolers, and blending silos were among those imports. Also, major importsof technology included the addition of gypsum in cement, cement quality standards, and several types of special
cement such as high-early-strength, low-heat, blast-furnace-slag, fly-ash, and silica cements.
During that time, in 1959, Onoda Cement Co. Ltd. (now Taiheiyo Cement Co.) developed a new cement
manufacturing process called the “New Calcined Lime (NCL) Process.” With this process, limestone is separately
calcined in specially designed shaft kilns, then mixed with other raw materials and sent to a rotary kiln for clinker
formation. This produced the astonishing result of a four-fold expansion in unit volume output from the same kiln. The
NCL process is considered the first major “Japan original” cement manufacturing technology.
In the 1960s, the Suspension Preheater (SP) kiln process was introduced from Germany. This process rapidly cameto prevail in Japan because of its high energy efficiency, excellent upscalability, and prolonged operation period.
Soon after the introduction of the SP process, Japanese cement manufacturers and plant builders, observing the NCL
process, began competing with each other to develop a New Suspension Preheater (NSP) process, assuming that unit
volume output would greatly increase if a calciner were installed at the bottom of the preheater. These efforts produced
fruit in early 1970s. A couple of companies successfully developed NSP processes of their own. Each type of NSP
equally achieved higher energy efficiency, better upscalability, and a longer operation period than the SP process.
Consequently, the NSP process made the Japanese cement industry the most energy efficient in the world.
The success of NSP stimulated Japanese engineers to innovative further with cement manufacturing technology. The
O-SEPA separator, the OK vertical grinding mill, and the vertical pre-grinding mill are among their inventions since the1980s.
Japanese cement chemists, too, have made a great contribution to the cement industry’s progress and development.
In 1968, Japan hosted the 5th International Symposium on the Chemistry of Cement. Through this epoch-making
conference, Japanese cement chemists played a major role in elucidating the scientific basis for the formation of clinker
minerals and the hydration of cement, applying the very latest modern technology such as Electron Probe Micro
Analysis (EPMA). In the 1970s, Dr. Yoshio Ono of Onoda Cement created a microscopic method to estimate clinker
quality onsite. This method, called the Ono Method, is now recognized worldwide.
The Japanese cement industry began using AFR as early as the 1960s for the purpose of reducing manufacturingcosts. Since the late 20th century, however, the industrial and municipal waste problem has become a center of focus
along with growing concerns about the global sustainability of natural resources. The Japanese cement industry
realigned its position on the use of AFR from mere reduction of manufacturing costs to the even more positive one ofcontributing to sustainability through greater use of alternative fuels and more recycling of raw materials. In pursuingthis new mission, the industry has been developing innovative processes and equipment in order to make greater use ofa wider range of AFR. To date, several processes and kinds of equipment have been successfully developed, such as
the Chloride Bypass Process, the Ash Washing Process, the Biochemical Conversion Process for household waste (AKSystem) and Ecocement. These recycling practices are now widely recognized internationally.
Cement consumption in Japan fully matured in the middle of 1990s; however, the Japanese cement industry and its
engineers have great hopes for a future in which the industry is positioned at the core of the sustainable society.

■ Contents■ Profile下田孝 Takashi Shimoda

国立科学博物館産業技術史資料情報センター主任調査員
1963年 東京大学工学部工業化学科卒
小野田セメント㈱入社、中央研究所配属。
以 降、セメント製造工場、
本社生産部、
米国事業所などを転任。
企
 業合併で社名も、
小野田セメント㈱→秩父小野田㈱（1994）→太平洋セメント㈱（1998）と変更になる。
1996年 秩父小野田㈱ 中央研究所長
2002年 太 平洋セメント㈱ 常務取締役、
研究所・建材事業・セラミックス事業担当
2005年 セントラル硝子㈱ 社外監査役
2006年 太平洋セメント㈱ 取締役常務執行役員退任
2009年 セントラル硝子㈱ 社外監査役退任

1. はじめに… ……………………………………………… 3
2. セメント・コンクリートの歴史－近代セメント産業の誕生まで… …………………… 7
3. 明治・大正期の日本のセメント製造技術… ……… 14
4. 昭和初期から太平洋戦争を経て戦後復興期へ（1926 － 1960）… ……………… 24
5. 日本のセメント製造技術の開花（1960 －）……… 46
6. 環境保全技術・地球温暖化対策… ………………… 66
7. セメント化学の進歩… ……………………………… 71
8. セメント規格の変遷と品種の多様化の歴史… …… 86
9. 資源循環型社会構築貢献産業への進化… ………… 96
10. まとめ：セメント製造技術の系統化… ………… 106
11．結び・謝辞… ……………………………………… 109
付図：日本におけるセメント製造技術系統図……… 110
付表：セメント製造技術史調査資料 所在確認…… 111
セメント製造技術史 年表…………………… 112

1 はじめに今日の日本のセメント産業は、製品であるセメント

リンカーの主要構成鉱物は、ケイ酸カルシウム化合物の品質はもとより、省エネルギー技術、労働生産性、を主体に、アルミン酸カルシウム、アルミン酸鉄カル

産業廃棄物や副産物の原燃料への利用技術など、あらシウムなどが含まれている。これら鉱物には、水と反ゆる面で世界のトップクラスにある。さらに 1990 年

応して水和物を生成し硬化する性質（水硬性）がある。

代以降、日本のセメント産業は、それまでの「建設基このクリンカーに 3％程度の石膏を添加して粉砕した

礎資材の供給産業」の役割に加えて、「資源循環型 ( 持

粉末製品がセメント（ポルトランドセメント）である。

続型）社会の中核産業」を産業の使命として、その存「コンクリート」は、セメント、水、細骨材（砂）、在感を一層増しつつある。本稿「セメント技術の系統

粗骨材（砂利）、混和材料（注 2 参照）から構成され化調査報告」では、これら「省エネ技術」「品質管理る（図 1.1）。これらをコンクリート中に占める体積で技術」「資源リサイクル技術」に焦点を合わせつつ、

みると、もっとも多いのが粗骨材で、次いで細骨材、セメント製造技術が欧米から日本に導入された明治初

水、セメント、混和材料の順になる。コンクリートは、期以降、今日に至るまでの技術の発展を述べる。

建設材料として建築物、橋梁、道路、河川護岸、トン

世界のセメント会社を見ると、「プラントメーカー

ネル、ダム、港湾、空港など社会生活に必要なさまざから購入したセメント製造装置を、上手に運転して良

まな構造物の建設に必要不可欠な 材料になっている。

質なセメントを安く作る」ことに専念している会社がほとんどである。それに対して、日本の主だったセメ
ント会社は、その技術開発の対象を単なる「セメント製造装置の運転技術向上」に限ることなく、コンク
リートや土壌改良など「セメントの利用に関する技
術」、さらには「セメント製造装置の開発」にまで深く関わってきた。このような技術開発姿勢が、結果的には世界最高水準のセメント製造技術へと導くことになったと言える。この点についても本稿の中で触れて（1）硬化したコンクリートの断面

おきたい。
技術内容の記述に関しては、セメントの製造技術ないしセメントの種類・品質について、その発展の歴史を学びたいと考える研究者・技術者・学徒にとって、最初に参照すべき手引きとなる技術内容を目指した。

1.1 セメントとコンクリート

1）（2）コンクリート製造時の材料の配合（注）上記に加えて、コンクリートの作業性改善や品質改「セメント」は灰色の粉末で、水と接触して固まる性質（水硬性）を有している。セメントは「コンクリート」を作るための材料の一つであり、製造された善を目的として、混和材料が配合される場合も多い（注2 参照）。

図 1.1

コンクリートの構成 1）

セメントは、そのほとんどがコンクリートとして使わセメントの用途には、「コンクリート」以外に、「セれている。別な言い方をすれば、セメントはコンク

メントペースト」「モルタル」、「固化材」としての使リートという形になってはじめて世の中の役に立ってい方がある。「セメントペースト」はセメントを水でいる、ともいえる。

練混ぜたもの、「モルタル」はセメントペーストに砂「セメント」の主原料は、石灰石と粘土類である。

（細骨材）を練混ぜたものである（図 1.1（2））。セメ

セメント 1 トンの製造に、石灰石約 1.2 トン、粘土類

ントペーストは、グラウト材（注 3 参照）などに使わ

約 0.3 トンを必要とする。これら原料を乾燥・粉砕れている。モルタルは木造建築の外壁塗装や、レンガ

し、回転窯（焼成炉、注 1 参照）内で 1450～1500℃

やコンクリートブロックなどの目地材として広く利用

で焼成してクリンカー（焼塊、注 1 参照）を得る。ク

されている。固化材は軟弱地盤の改良などに使われるセメント製造技術の系統化調査

3材料のことで、固化材としてのセメントの使い方には

トの原料は石灰石と粘土類である（詳しくは表 7.1 参

様々な技術が開発されている。

照）。「原料工程」は原料を受入れて調合・乾燥・粉砕

1.2 日本のセメント産業する。この原料を 1450～1500℃で焼成する「焼成工1）程 」 に は、 高 さ 約 80m に も な る 予 熱 機（ プ レ ヒ ーター）のタワーがあり、心臓部である回転窯（キルン）

日本のセメント産業は、1875（明治 8）年に初めては直径 5m～6m・長さ 100m に及び、工場の中でもひ国内でセメントが製造されて以来、絶えまなく技術開ときわ威容を誇る巨大な設備である（図 1.4）
。セメン

発を重ね、我が国の経済成長とともに拡大・発展を遂

ト焼成用の燃料（主として石炭）は、図 1.3「焼成工程」

げ、冒頭でも述べたとおり、現在ではセメントの品質、の中の「仮焼炉」と「回転窯」でバーナーから炉の内製造技術いずれの面でも世界のトップクラスにある。

部に吹込まれる。回転窯を出たクリンカー（焼塊）は、

生産規模は 2012 年 4 月現在、企業数 17 社、工場数「仕上工程」に送られ、石膏を添加して粉砕される。

で 30 を数え、クリンカー生産能力は 5,476 万トンで製品になったセメントは「出荷工程」のサイロ群に保ある。企業規模は、資本金 100 億円以上の大企業が 7管される。セメント工場から出荷されるセメントの大社、100 億円以下の中堅企業 10 社である。また、17部分は、粉体のまま（バラセメント）出荷される。紙社のうち 11 社はセメント製造を主とする専業会社で、袋に詰めた「袋詰め出荷」は 3％程度である。バラセ

残り 6 社が化学工業などとの兼業会社である。

メントの輸送にはタンカー船・貨車・トラックなどが
使われる。

1.2.1

国内のセメント工場

1）

セメント工場の一例を図 1.2 に示す。国内のセメン

1.2.3

セメント生産量 1）3）

ト工場は上述のとおり全国に 30 か所あるが、特に主セメントの国内生産量は、1979 年度の 8,794 万トン

原料の石灰石資源が豊富な北九州地区（4 工場）、山をピークとして、その後、経済の低成長に伴って減少

口県（4 工場）と、国内最大のセメント消費地を抱え基調をたどったが、1987 年度以降回復に転じて 1996

る関東地区（6 工場）に多く立地している。また、セ

年度には消費税率引き上げ前の駆け込み需要や阪神大メント工場は典型的な装置産業で、一工場当たりの年

震災の復興需要が旺盛になったことに加え、アジア諸

産能力は全工場平均で約 180 万トン、年産 600 万トン

国への輸出が堅調で、9,927 万トンと史上最高の記録

を超える大規模工場も存在している。また、工場ではを更新した。その後は再び減少基調に転じ 2001 年以

機械化や情報化も進み、一工場当たりの常傭労働者数

降は、7,000 万トン台を維持していたが、2008 年にはは全工場平均で 100 名余りである。わが国最大の敷地

これを割り込み、以降減少傾向が続いている。20142

面積を持つセメント工場は 68 万 m 、東京ドームが暦年の生産量は、輸出用クリンカーも含めて 6,191 万

15 個も入るほどの広さである。

トンであった。
1.2.4

セメントの国内需要 1）3）4） （図 5.1 参照）

セメントの国内需要は、戦後復興から高度経済成長
期を通じて、一貫して右肩上がりで拡大を続けた。これは公共投資によって鉄道・道路・港湾・ダムといった基礎的な社会資本が整備されるなか、電力や鉄鋼、石炭など素材型産業の生産活動が高まり、その後の石油化学、電機、機械、自動車などの加工型産業の設備投資が集中投下されたためで、この時期のセメント国
内需要は欧米先進諸国にキャッチアップを挑んだわが国の工業化の歩みとともにあった。
図 1.2

セメント工場全景 2）

第一次石油危機（1973 年 10 月）を契機に、セメント需要の拡大路線は終わる。その後、浮き沈みを繰り返すなかで、ピークを記録するのはバブル景気の終

1.2.2

4

セメント製造工程

1）

盤、1990 年度のことである。この年に 8,629 万トンにセメントの製造工程の概略を図 1.3 に示す。セメン

達した需要も、その後の長引く不況により低迷が続

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. MarchNSPタワー

仕上ミル

原料ミル
キルン

図 1.3

セメント製造工程 1）

1.2.5

セメントの輸出・輸入 1）3）

日本はセメント輸出国として世界上位の位置を維持してきた。その理由は、セメント工場に臨海工場が多く、大型船によるバラ輸送が可能なことから、輸送コストの面で競争力があることが大きい。最近（2010
年 以 降 ） は 1,000 万 ト ン 前 後 の 輸 出 が 続 い て お り、
2014 暦年は 911 万トン、国内生産量の約 15％であった。一方、わが国へのセメント輸入は 60 万～90 万トンの水準で推移している。セメントは完全自由化商品であり、日本のセメント生産・流通コストは国際的にも競争力があると言える。
図 1.4

プレヒータータワーと回転窯 2）

1.2.6

日本のセメント企業の海外進出 1）

戦後におけるわが国のセメント企業の海外進出は、
き、最近では 4,000 万トン台の水準にまで落ち込んで輸出の安定供給先の確保を目的とした中継基地の建設いる。2014 暦年の国内販売数量は約 4,590 万トンでが中心であつたが、1990 年代に入って、セメント工あった。

場建設などの大型投資を伴う海外進出が本格化してきセメントの国内販売（輸入品は除く）を需要部門別

た。これら海外投資の対象地域は、成長著しい環太平にみると、2014 年度では生コンクリート向けは 72％、洋圏が中心となっている。2012 年現在の海外セメン

コンクリート製品向けは 12％と、この 2 部門で 84％

ト生産拠点としては、韓国の 2 工場（生産能力 1,476を占めている。これをセメントの最終消費の需要部門

万 t）を筆頭に、中国 7 工場（887 万 t）、東南アジア

でみると、官需：民需で 51.0％：49.0％とほぼ半々に

2 か国 6 工場（1,100 万 t）、アメリカ・カリフォルニなっている。
セメントの国内価格は、1 トン約 1 万円（2012 年、普通ポルトランドセメント、東京地区）であり、化学製品でありながら 10 円 /kg という驚くべき安さは、「物価優等生」とも言われている。

ア州とアリゾナ州の 4 工場（484 万 t）、大洋州 1 か国
（20 万 t）で全体では 6 か国 20 工場で年産能力は約4,000 万トン規模に達している。

資源循環型社会の中核産業としての使

1.3 命

1）4）

わが国では、経済の発達とともに多くの廃棄物や副セメント製造技術の系統化調査

5

産物が排出されるようになった。しかし、近年では最質が、時代を超えて常に開発目標であった。近年では

終処分場の新規立地が困難なことから、いかにしてリ

これらに加えて、前項に触れた「資源循環型社会の中サイクルを進め、最終処分量を減らすかが社会全体の核産業としての使命を果たす技術開発」、すなわちセ問題になってきている。そのような社会的背景の中

メント工場における資源リサイクル技術の開発の比重で、セメント産業は、大量の廃棄物や副産物を原燃料も大きくなっている。

代替資源としてセメント製造に活用することによって、「産業基礎資材であるセメントを製造し供給する」という伝統的な役割に加えて、わが国の「資源循環型
社会の中核となる」重要な役割も担いつつあり、その使命は年を追って大きくなってきている。
すなわち、セメント業界では、既存のセメント製造
設備や焼成技術をベースに、多岐にわたる廃棄物・副産物のリサイクル技術を開発し、20 種類以上の廃棄物・副産物を他産業等から年間約 2,850 万トン（2012年度）を受け入れて再利用している。これを容積に換算した場合、東京ドームの約 17 杯分に相当する。
セメント生産は 1996 年度の 9,930 万トンをピークに減少傾向を続けてきたが、セメント１トンを製造するために使用する廃棄物・副産物の量は、セメント業
界各社の努力により、逆に増加してきている（1990
年 度 251kg/t-cement → 2012 年 度 481kg/t-cement、
図 9.2 参照）。

注 1： 焼成炉（竪窯・回転窯）とキルン（kiln）、焼塊とクリンカー（clinker）
セメント業界内では、「焼成炉（竪窯・回転窯）」と「キルン」、「焼塊」と「クリンカー」、いずれの呼び方も普遍的に使われている。本稿でも、竪窯・回転窯とキルン、焼塊とクリンカーは同義として、業界の慣例的な言い方に従って、適宜使い分けることとする。
注 2： 混和材料、混和材、混和剤
コンクリートの作業性改善、あるいは品質改善を目的として、コンクリートに混入する材料である。混入する割合の大小により混和材と混和剤に分類される。混和材としては、高炉スラグ、石炭灰（フライアッシュ）、石灰
石粉などがあり、混和剤としては空気連行剤（AE 剤）、
減水剤、急結剤、硬化促進剤、凝結遅延剤、防錆剤など、種々の無機系、有機系の化学製品がコンクリート混和剤
用に開発されている（2.4、8.4 参照）。
注 3： グラウト（grout）
トンネルの地山や地盤との間隙部や各種コンクリート構
造物の打継ぎ部の充填のために注入材として用いるセメ
ントミルクやセメントモルタルの一般的な名称である。
プレストレストコンクリート鋼線の付着力増強のためにも使われる。

本稿「セメント産業技術系統化」の対

1.4 象技術範囲

参考文献

本稿では、図 1.3 に示す範囲を対象技術範囲として報告する。これはほとんどのセメント製造工場の内部

2） 太平洋セメント株式会社提供で行われている工程の範囲である。

3） セメント協会ホームページ，2015 年 9 月

セメントの製造技術の開発においては、省エネル
ギー、労働生産性向上、大量生産、安定供給、安定品

61） セメント協会，セメントの常識，2013

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

4） セメント協会，セメントハンドブック，2014

2 セメント・コンクリートの歴史－近代セメント産業の誕生までを使って製造されるようになった。焼石膏は水を吸っ
本章では①古代の「セメント」、②産業革命期の英て二水石膏になる過程で硬化する。生石灰は水と反応

国における近代セメント「ポルトランドセメント」のして消石灰（Ca（OH）2）となり、消石灰は空気中の二発明、そして③明治初期における日本のセメント産業

酸化炭素と反応して炭酸カルシウム（CaCO3）になる。

発祥の経緯、④近代コンクリート技術の誕生、につい

この変化（炭酸化）の過程で硬化する（気硬性、注 1

て述べる。

参照）。
ローマ時代もさらに下ると、「石灰と火山灰との混

近代以前のセメント・コンクリートの歴史 1）2）3）4）

合物は、①水で硬化し、②水中でも崩壊しない」（水

セメントの定義を「無機質の接合材」と広義にとら

道路・城壁・水道から住宅、神殿に至るまで、石材と

2.1

えると、そのルーツは、いまから約９千年前の新石器

硬性、ポゾラン反応＝8.3.2 参照）ことが知られて、組み合わされて盛んに利用された。

時代にさかのぼるといわれている。イスラエル・ガリ

これら古代のセメントは「無機質の接合材」というラヤ地方のイフタ（Yiftah）から発掘された住居の床

定義からは「セメント」といえるが、「混ぜる材料をと壁から、現在のコンクリートと類似性のある水硬性

工夫して強い接合材料をつくった」ということであっ材料が見つかったからである。このコンクリートは、て、現代のセメントの特色である「原料を調合して焼セメントは石灰石をベースとしたもので、骨材には石成し、化学反応させた」ものではなく、今日我々が目灰石を砕いたものを用い、かなり少なめの水で練ったにする「セメント」とは基本的に異なる材料だったとものである、と報告されている。また中国でも、西安いえる。このような「古代セメント」の品質では、今に近い約５千年前の遺跡の住居跡の床から、炭酸カル

日に見るような「コンクリート建造物」は不可能であ

シウムを主成分とし、シリカ質を含有する料疆石を主る。

りょうきょうせき成分とする硬化部材が発掘され、水と反応して硬化しその後、中世を経て 18 世紀初期に至るまで約 2 千たものであると推定されている。これらの「セメン年もの長い間、セメントの歴史にほとんど進歩はみらト」は「水硬性」（注 1 参照）だといわれているが、れず、それ故に、現代に残る中世ヨーロッパの建築物

どのように作られたかは解明されておらず、その技術

は、材料・工法とも古代ローマ時代とほぼ同様で、そは後世に伝えられることなく消滅したとみなされていこに基本的な変化は見られないといわれている。

る。
一方、BC2600 年頃につくられたといわれる古代エ
ジプトのピラミッドの建設では、石材と石材との接合

2.2 近代セメントの発明

1）2）3）5）に、石灰、焼き石膏、火山灰などに砂や泥などを混合

18 世紀中頃、イギリスに産業革命が起こり、そのし、これを水で練って大気中に放置・固化させること大きな技術革新のうねりの中で近代セメントの発明をが行われていた。これらの接合材は、水中では固化し促す研究や発明が相次いだ。

ない性質であり、イフタや西安で発見された水硬性の1756 年、ジョン・スミートン（John Smeaton、英）

接合材とは別種のものと考えられているが、「無機質

は、自国のエジストーン灯台（図 2.1）の復旧工事をの接合材」として見れば「セメント」と言える。

請け負った。海水に洗われる灯台の基礎の石組みの目

また、BC1000 年頃のギリシャの遺跡からは消石灰

地材には、それまで一般的に使われてきた消石灰モル（Ca（OH）2）と火山灰とを混合したモルタルが目地材

タルよりも高い耐水性が要求された。彼はいろいろのとして使われていたことが確認されている。

石灰石を焼いて研究をした結果、「粘土分を多く含ん

かくして人類は長い時間経過を通じ、天然に産するだ不純な石灰石」（注 2 参照）を焼いて作った消石灰

石膏や石灰石に熱を加えたものは、水を添加すると硬を使ったモルタルは、水中でも硬化し耐水性に優れて化することを体験的に会得するに至ったようである。

いることを見出し、これを「水硬性の結合材」として

紀元前 200 年頃のローマ時代に至って、積極的に天然発表した。

の石膏や石灰石を焼成することが試みられ、焼石膏

そ の 当 時 ま で は、 古 代 ロ ー マ の カ ト ー（Marcus（半水石膏・CaSO4･1/2H2O）や生石灰（CaO）が「窯」

Porcius Cato, BC234-149）が書き残した「良い接合材

セメント製造技術の系統化調査

7

を作るためには、粘土分などを含まず、石灰分の純度た。すなわち「石灰分と粘土分の比率の範囲」、「調合の高い石灰石を焼くべし」との説が、文字通り金科玉

原料を半溶融するまで焼成すること」が書かれていな条のごとく信じられてきていた。スミートンは、実験かった。このために、アスプジンをポルトランドセメ

研究の結果、その「常識」を覆したのである。

ントの発明者とすることについて、のちに異議が提出

スミートンは、著書の中で「自分の発明品はポルトランド石（Portland Stone）に匹敵する強さと耐久性を持つ」と述べているが、材料についても材料名につされるようなことにもなった。この辺りについては、
7.4.1 で多少詳しく述べてある。
アスプジンの発明当初のポルトランドセメントの焼成温度は 1200℃程度 3） と推定され、生石灰と粘土分いても特許申請はしなかった。
スミートンから 40 年後の 1796 年、ジェームス・

が反応して少量のビーライト（2CaO･SiO2 固溶体）

パーカー（James Parker、英）は、粘土を含んだ石や間隙質物質などのセメント鉱物が生成していたであ

灰石を石灰窯で 1100℃前後

3）で焼いて粉砕し、水硬

ろうが、他に多量の生石灰が共存したと推定され、そ性セメントをつくつた。このセメントはのちに「ロ―の品質はローマンセメントと大差はなかったようであマンセメント」と呼ばれ、テムズ川底のトンネル工事る。しかし、このアスプジンの発明がきっかけとななどに広く使われた。そしてこのセメントは、1810

り、ポルトランドセメントの研究が急速に進むことに

年代にはジェームス・フロスト（James Frost、英）なった。

や、ルイ・ヴィカー（Louis Joseph Vicat、仏）によって改良が加えられ、原料に粘土を含む石灰石（マール）を使う製法だけでなく、石灰石と粘土をそれぞれ粉砕
混合して焼成する方法（現在のセメント製造法と同じ）も採用されるようになった。

図 2.2

アスプジンのつくった竪窯 1）

ローマンセメント業者・ホワイト商会（英）の技術者であったチャールズ・ジョンソン（Isaac Charles
Jonson, 1811-1912）は、アスプジンが開発した新セメ
図 2.1

スミートンがつくったエジストーン灯台 1）ントを自社でも製造したいとの同商会の意を受けて、1844 年、独自の実験と研究から、①石灰と粘土の間

イギリスのれんが積み職人ジョセフ・アスプジンには良い品質のセメントを得る比率が存在すること、（Joseph Aspdin、英）は、石灰石を粉砕して焼いた②原料が半溶融するまで焼成すること、③原料の十分

生石灰に一定の割合で粘土を混ぜ、水を加えて微粉砕な混和による均斉性が、均質な製品を得る基本条件でし、それを乾燥させたものを再び竪 窯（図 2.2）で焼あること、を明らかにし、今日のポルトランドセメン

成し粉砕してセメントをつくる方法を発明した。1824

ト製造の基本原則を打ち立てた。

たてがま

年 10 月、彼はこのセメントでつくった人造石材につチャールズ・ジョンソンによるこのポルトランドセ

いて「人造石製造法の改良」という標題で特許をとり、メントの製造条件「石灰石と粘土の混合物を 1250℃

このセメントを「ポルトランドセメント」と名づけた

以上の高温で半溶融するまで焼成する」によって、セ（注 3 参照）。これにより、アスプジンは「近代セメン

メント鉱物にはアスプジン時代の「ビーライト＋間隙トの発明者」といわれるようになるが、先行したス

質」に、新たに「エーライト（3CaO・SiO2 固溶体）」

ミートンやヴィカーなどの功績も大きかったといえるが加わり、大幅な品質改良が達成された 3）。
（注：エー（7.4 参照）。

ライト、ビーライト、間隙質については第 7 章で詳述

アスプジンの特許には、今日のポルトランドセメン
トの定義からすると重要な二つのポイントが欠けてい8

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchしている）
このように、ポルトランドセメントはイギリスで発達 し、1850 年 に は 四 つ の 製 造 工 場 が 操 業 を 開 始、し、銀座煉瓦街建築工事は大蔵省土木寮建築局が監督

1851 年のロンドン博覧会ではその品質の優秀性が立し、 お 雇 い 外 国 人 の ト ー マ ス・ ウ ォ ー ト ル ス

証され、以後ローマンセメントに代って世界各国で工（Thomas James Waters・英）によって計画が進めら業規模で生産されるようになった。ポルトランドセメれた。ウォートルスは、煉瓦とともにセメントの自給

ントの製造開始は、イギリス 1825 年、フランス 1848をはかり、彼の指導によって東京府下深川清住町仙台

年、ドイツ 1850 年、アメリカ 1871 年、日本は 1875

屋敷跡に「摂綿篤製造所」が建設されることとなった

年となっている。

（図 2.4）。1872（明治 5）年 7 月に起工して、1873（明

2.3
2.3.1

日本のセメント産業の発祥（19 世紀後半）1）2）3）6）7）8）9）10）11）12）

官営セメント工場が始まり

セ メン ト治 6）年末にはセメント製造を開始したとされる。製造方法の詳細は明らかでないが、後述するように、宇都宮三郎が「湿式法に変更して成功した」とされていることから、「乾式」ないし「半乾式」であったかと

日本にポルトランドセメントが輸入され、工事に使推察される（乾式・半乾式については図 3.2 参照）。

用されたのは、1861（文久元）年に幕府が長崎製鉄所

いずれにしても諸設備は不完全で、製造されたセメンをオランダ海軍士官ハルデス（H. Hardes）の指導でトは品質的に舶来品に及ばなかった。

建設したとき、煉瓦の接着に使用したのが最初ではな
いかといわれている。その後、1866（慶応 2）年に幕府が起工して明治政府に引き継がれた横須賀製鉄所（1872（明治 5）年竣工、横須賀造船所と改称）、野島崎灯台（1869（明治 2）年竣工）、城ヶ島灯台（1870（明治 3）年竣工）などに少量の輸入セメントが使用された。当時の輸入セメントの価格は、1 トン当たり 50～
60 円（180kg 入 り 1 樽 8 円 50 銭、135kg 入 り 1 樽 7
円 50 銭）であった。当時と現在の白米の価格で比較すると、当時の輸入セメントは、現在の価格では 1 ト
ン 当 た り 50 万 円 程 度 で あ っ た と 推 定 さ れ る 11）。
（2013 年の普通ポルトランドセメントの価格は約 1 万

図 2.4

セ メン ト

官営摂綿篤製造所（東京・深川）7）

一方、工部省も、前記した平岡通義の建議を受けて、

円／ton である。
）
その後、1871（明治４）年、横須賀造船所２号ドッ

セメント製造の研究に着手した。平岡通義は、1872

クの工事をする際に、ドック工事を指揮していた工部（明治 5）年 5 月～翌年 9 月近代工業調査のため欧米

ぞう せんのかみ

省造 船 頭・平岡通義（図 2.3）は、セメントが築港・に出張して帰朝した化学技術者・宇都宮三郎（図 2.5、建築の用に供する材料の中で最も巨額であつたことか

1834-1902）を配下に招き、東京・赤坂に開設した化ら、国産化が急務であると痛感し、セメント製造を官学試験所でセメント製造の研究に取り組んだ。

たい ふ

業で始めるべきことを工部大輔伊藤博文に建議した。

図 2.5
図 2.3

平岡通義 1）

宇都宮三郎 1）

この間、深川の摂綿篤製造所は、1873（明治 6）年

折しも、1872（明治 5）年 2 月、銀座街に大火があ

11 月に内務省所管となり、さらに翌年 1 月に工部省り、当時の京橋区一帯の町々を焼きつくし、築地の工製作寮に移管された。ここで初めて大蔵・工部両省の部省、築地本願寺、築地ホテルなども烏有に帰した。

セメント製造業務が工部省に統一され、宇都宮三郎が

政府は銀座街を不燃化のために煉瓦建築とすることとこれを監督することとなった。

う ゆう

セメント製造技術の系統化調査

9宇都宮は深川工場で実験を重ねたが、満足できる品

水（スラリー）を汲み上げて乾燥し、塊状となった消質のセメントは得られなかった。そこで、製造法を根石灰と粘土との混合物を石炭とともに「徳利窯」と呼本的に改め、新たに英仏流の「湿式法」（図 2.6 参照）

ばれる煉瓦造の竪窯に装填して焼成し、焼塊（クリンを採用することを決断、官営深川工場の設備を全て取カー）を得ていた。その竪窯から取り出した焼塊を、り壊し、新たな設備を導入することとした。1875（明粉砕して風化倉で約 3 カ月風化（注 4 参照）した後、治 8）年に工場が完成し、5 月 19 日に、初めて少量なセメント製品としていた。しかしこの方式は、原料のがらわが国で初めて外国品に比べほとんど遜色のない

粉砕機は不要であるものの、多量の水を要し、また工セメントが製造された。その後、この日を記念して 5程も沈殿・乾燥工程を含むため多くの日数と労力を要

月 19 日は「セメント記念日」とされ、この前後にセした。当時はまだ硬い石灰石を粉砕する適当な粉砕機

メント技術大会などの行事が開催されてきている。

がなく、仮焼した石灰石を水和させて、微粒の石灰成（注）宇都宮三郎による湿式法竪窯でのポルトランド分を得る方法をとっていたと思われる。

セメントの製造成功は、上記のごとく明治 8 年
5 月 19 日と記録されているが、上野孝「セメン12）ト技術史補遺」2.3.2 「お雇い外国人」に頼らず、日本人の自身の
手で技術習得によれば、ウォートルスの指導で明治 6 年に操業を開始した乾式法の竪窯で明治期、わが国の多くの産業が、いわゆる「お雇いも、セメントが製造され、出荷がされていたこ

外国人」と呼ばれる技師を招いて、設備の建設から操とが報告されている。この辺りの史料考察につ業技術まで指導・伝授を受けて立上ったと伝えられていては、同書 p. 5～7 に詳しい記述がある。

いるが、セメント産業については、「お雇い外国人をセメントの製造に成功した宇都宮は、その年（1875

使わず、自分たち自身の精進・努力で欧米の技術を習（明治 8）年）から翌年にかけて再び米英 2 国を視察、得して立ち上げた」という事実を特記しておきたい。

帰国すると直ちに工場設備の改善・増強に着手した。

銀座煉瓦街建築工事を請け負って、そこで使うセメ

結果として、明治 10 年代に入ると生産量も徐々に増ントを作るために、深川に最初の「摂綿篤製造所」の加していった。この時期は、政府主導のもとに経済・建設を指導したウォートルスは建築技術者であって、産業の近代化が急速に進められており、鉄道、港湾、

セメント製造の経験はなく、従って彼の指導で建設さ軍施設、官庁、大学、工場などの建設が盛んに行われ、れた当初の工場で作られたセメントは、品質的に不十セメント需要が増大していた。

分なものであった。宇都宮三郎が、自分自身の欧米出

宇都宮の手になる官営深川工場の生産設備は次の通りであった。

セ メン ト

張での見聞、そして自らの実験と創意工夫によって、深川工場を全面的に建替えて、ようやく市販できるセ

セメント焼窯 2 基（竪窯、高さ 14.5m、直径最上部
1.2m・中央部 3.6m）、乾燥場 1 棟、粉末場 1 棟、沈殿
かくじょう

池 2 か所、攪 擾 池 1 か所。

メントが製造できるようになったと伝えられる。
我が国のセメント工業の創業に尽くした「平岡通義」「宇都宮三郎」、そしてセメント製造を「産業」に

これらの製造設備を用いて宇都宮が採用した「湿式育て上げた「笠井順八」「浅野総一郎」（次項参照）については、杉下捨三著「日本のセメント」（ポプラ法」の工程を図 2.6 に示す。

社、1962）13）に詳しい記述がある。
すなわち、消石灰と深川付近の川泥を撹擾池と呼ばれる池において一定割合で混ぜ、水を加えて攪拌し、民営の産業として発展

粗粒や爽雑物を除去して、微粒の混じった泥水を沈殿

1881（明治 14）年、現在の山口県山陽小野田市に、池に送って沈殿させる。上澄み水を抜いた後の濃い泥わが国初の民営セメント工場が建設され、1883（明

図 2.6

10

2.3.3

国立科学博物館技術の系統化調査報告

竪窯・湿式法によるセメント製造工程 7）

Vol.23 2016. March

治 16）年から操業を開始した。のちの「小野田セメ
ント」の誕生である。
この起業の中心になったのが、旧・長州藩士の笠井順八（図 2.7、1835-1919）である。笠井順八は、1875（明治 8）年に地元の山口県の倉庫建設に使用されたセメントを目のあたりにし、水と混ぜた粉末が硬化して石材を強固に結合させることに強い関心を持ったといわれている。その後、笠井は、平岡通義が 1879（明治 12）年山口県に帰省した際に話した官営工場でのセメント製造技術を伝え聞き、「廃藩置県で禄を失った長州藩士の救済のために」セメント事業を立ち上げることを考えるに至ったという。翌年、知人の荒川佐図 2.9 小野田セメント工場（1890（明治 23）年頃）7）一方、深川の官営摂綿篤製造所は、1884（明治 17）
年に、同工場に石炭を納入していた商人であり事業家の浅野総一郎（図 2.10、1848-1931）に払い下げられ、その後「浅野セメント」として発展していった。

図 2.7

笠井順八 14）兵衛とともに、山口県産の大理石と泥土を持って上京、深川工作分局（以前の摂綿篤製造所）で宇都宮三郎の指導を得るに至り、セメント事業を立ち上げる意を固めたと伝えられる。笠井順八が小野田の地を選定

図 2.10

浅野総一郎 9）した理由は、主要原燃料である石炭・石灰石・泥土がこれら 2 社の誕生が契機となり、日本のセメント産近くで得られること、海に面して製品の搬出に便利で業は「民営事業」として今日まで発展を続けてきていあることに加え、この地が埋め立てによる新開地で地る。小野田セメントと浅野セメント（第二次大戦後に代が低廉だったことが挙げられている。図 2.8 に 1883

「日本セメント」と社名変更）、それに「秩父セメント」（明治 16）年建設の小野田セメント工場の徳利窯（現を加えた 3 社が 1990 年代に合併して現在の「太平洋存・国指定重要文化財）、図 2.9 に 1890（明治 23）年

セメント」となり、今日もセメント事業を基幹事業と頃の同工場全景写真を示す。

して継続している。
このような経緯を経て民営でのセメントの生産が始まったが、政府の財政難やセメントに対する認識不足
から、需要に思ったほどの伸びはみられなかった。当時の生産量は、深川・小野田両工場合わせても月産約25 トン（1,400 樽→下注参照）程度だったといわれている。しかし、1891（明治 24）年に起きた濃尾大地震によりコンクリート構造物の耐震性が証明され、また日清（1894～95 年）・日露（1904～05 年）戦争の勝利によってセメント需要が高まり、生産量も大きく伸びることになった。セメント会社も 1897（明治 30）
年には 15 社に増え、また原料を焼成する窯も従来の「 竪 窯 」 に 代 わ る「 回 転 窯 」（ 図 3.5） が 1903（ 明図 2.8 平洋セメント㈱小野田工場に残る竪窯（徳太利窯）7）

治 36）年にアメリカから輸入され、これによって品
質・生産量とも飛躍的に向上した。明治 20（1887）

セメント製造技術の系統化調査

11年代以降の我が国セメント製造技術の進歩について
は、次章・第３章で詳述する。

開かれた。
コンクリートの引張強度をさらに高める「プレスト（注）明治時代のセメント出荷は「樽詰め」で（4.12.1

レストコンクリート」の研究は、1886 年 P.H. ジャク

参照）、小野田・浅野工場創業当時（1883 年頃）の 1

ソン（P.H. Jackson、米）によって行われた。これは、樽は 400 ポンド＝約 181kg であった。図 2.11（1）にコンクリートの中に入れた鋼材を、コンクリートの両「セメント樽」、（2）に樽詰めの現場の様子を示す。

端で緊張し固定させるもので、弾性のある強いコンクリートを作ることができる。その後、この方法は各国の 多 く の 研 究 者 に よ っ て 改 良 さ れ、1928 年、 ユ ー
ジ ェ ー ヌ・ フ レ シ ネ（Eugene Freycinet、 仏 ） は、
コンクリートと緊張材の関係を理論的に明らかにするとともに、多くのコンクリート製品や構造物に応用し、プレストレストコンクリート技術の基礎を確立した。

（1）セメント樽 1）

図 2.11（2）樽詰めの作業 15）

明治時代のセメント出荷用木樽

2.4 コンクリート技術の発展

日本に鉄筋コンクリートの技術が導入されたのは、1895（明治 28）年頃だといわれているが、この工法による最古の土木構造物は 1903（明治 36）年に京都・琵琶湖疏水路上に架けられた橋（図２ .12、長さ 73m）

1）

「コンクリート技術」は、本調査報告の対象外であで、現存している。建築構造物は 1904（明治 37）年に建てられた長崎県・佐世保重工業のポンプ小屋である、といわれている。

る。しかし、セメントは、そのほとんどがコンクリー
トの構成材料として使われており、いわばセメントは
コンクリートという形になってはじめて世の中の役に立っているともいえる。そのようなことから、近代セメントが発明された後のコンクリート技術の発展について、略記しておく。
アスプジンによって発明され、ジョンソンによって改良されたポルトランドセメントは、品質の優秀性か
らローマンセメントをしのぐようになり、使われ方も、石材と石材の接合材（モルタル）としてだけでな
く、コンクリートだけで作る構造物へと広がっていった。しかし、コンクリートだけでは引張り方向の力

プ レ ス ト レ ス ト コ ン ク リ ー ト の 日 本 へ の 紹介 は（引張強度）に弱い（もろい）ことがわかり、この弱1939（ 昭 和 14） 年 の こ と で、 実 用 化 は 1949（ 昭

さを補強するための研究が 1850 年代にフランスで始和 24） 年 頃 に 鉄 道 の ま く ら 木 へ、 そ し て 1951（ 昭められた。

和 26）年頃には東京駅のプラットホームに応用され1867 年、植木職人だったジョセフ・モニエ（Joseph12

図 2.12 琵琶湖疏水に残る日本最初のコンクリート橋 1）

た。

Monier、仏）は、モルタルの中に針金を網状にして鉄筋コンクリートとプレストレストコンクリートの入れ、薄くて丈夫な植木鉢をつくることに成功した。

発明は、セメントの品質向上と相まって、その後のコ

これは、モルタルの弱点を針金で補つたもので、のちンクリート構造物を「高く・長く・広く・深く・強の構造物に大きな影響を与える「鉄筋コンクリート」

く・軽く」する原動力となった、といえよう。

の誕生となった。以後、モニエは、管・貯水槽・床版

また、近年におけるコンクリートの施工性向上や高などにこれを応用し、1875 年には長さ 156m、幅 42m

性能化に貢献した材料としてコンクリート用混和剤のの鉄筋コンクリート橋を建設した。

存在がある。混和剤は、AE 剤（空気連行剤）が 1930

これを契機として、欧米では 1900 年頃までに建築

年代にアメリカで発明・実用化後、1940 年代後半に物・橋・トンネル・ダムなど鉄筋コンクリートによる

日本に導入され、ワーカビリティー（硬化前の作業性）

構造物がつくられ、「鉄筋コンクリート時代」の幕がやブリーディング（打設後の浮き水）性状の改善、耐国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

凍害性の向上のための活用が始まった。その後、コン

参考文献

クリートポンプによる施工が拡大するなかで AE 剤と

1） セメント協会，セメントの常識，pp.64-67，2013.

減水剤の機能を兼ね備えた AE 減水剤や流動化剤、こ2） 藤井光蔵，ポルトランドセメント発達の沿革（1）

れ ら の 性 能 を さ ら に 向 上 し た 高 性 能 AE 減 水 剤 が-（18），セメント・コンクリート，No. 105-130，

1990 年代までの間につぎつぎと出現した。これによ1955-1957.

2

り最近では、圧縮強度 100N/mm を超えるような超高強度コンクリートの製造が可能になり、コンクリー
トによる超高層建築の可能性を一段と拡げている。

3） 内川浩，セメントの材料技術の社会史（1），材料技術，Vol. 12，No. 9，pp. 23-28，1994.
4） 早川光敬，古代セメント・コンクリート，コンク

このほかにも膨張剤、水中不分離性コンクリートな

リート工学，Vol. 40，No. 9，pp. 8-10，2002.

ど、特殊混和剤を含め多種多様な性能をコンクリート

5） 名和豊春，近代ポルトランドセメントの工業化，に付与する混和剤が登場し、今後のコンクリート技術

コ ン ク リ ー ト 工 学，Vol. 40，No. 9，pp. 11-16，の発展に必要不可欠な材料のひとつになっている。

2002.

（第 8 章注 2, 3, 4 参照）

6） 台信富寿，明治・大正期におけるセメント製造技
術の変遷，山口大学博士論文，2007.

注 1 ：気硬性と水硬性
水と化学反応して固まる性質を水硬性、それに対して空気（主に炭酸ガス）と反応して固まる性質を気硬性と呼んでいる。
注 2 ：粘土を含んだ石灰石
日本で産出する石灰石は、炭酸カルシウム（CaCO3）の純度が高くしかも硬い岩石であることがほとんどであるが、欧州や米国では、軟らかい石灰石（チョーク、
chalk）や、かなりの粘土分を含んだ泥灰岩（マール・Marl）などが産出する。マールは、そのまま焼けば水
硬性材料が得られ、セメント岩（cement rock）と呼ばれることもある。ローマンセメントは、このマールを原料にして盛んに製造されたようである。現在でも、若干の成分調整をすることでセメント原料として利用されている。
また、チョークは粉砕が容易であり、粉砕機が十分に発達していなかったセメント製造初期の頃の原料調合に、とりわけ役に立った。
注 3 ：ポルトランドセメントの名称の由来
アスプジンは、作ったセメントの硬化した色や硬さなどが、当時英国で建築用材としてさかんに使われていたポルトランド岬から産出される石材（ポルトランド石）に似ていたので、このセメントをポルトランドセメントと名付けた。
注 4 ：風化
セメントを床上に広げ、空気中の二酸化炭素を吸収させて、セメント粉末中の遊離石灰（free lime、P.23 注 4 参照）を炭酸化、不活性化させることをいう。

7） 台信富寿，明治・大正期におけるセメント製造技
術の変遷，CEM’s（太平洋セメント広報誌），No.
37，pp. 2-5，2008.
8） 小野田セメント株式会社，小野田セメント百年史，1981.
9） 日本セメント株式会社，日本セメント百年史，
1983.
10）太平洋セメントホームページ、セメントはじめて物語，2015 年 9 月．
11）松里広昭，近代ポルトランドセメントの工業化，
コ ン ク リ ー ト 工 学，Vol. 40，No. 9，pp. 73-77，
2002.
12）上野

孝，セメント技術史補遺，小野田セメント，

1980.
13）杉下捨三，日本のセメント，ポプラ社，1962.
14）小野田セメント製造株式会社，創業五十年史，
1931.
15）太平洋セメント株式会社提供

セメント製造技術の系統化調査

13

3 明治・大正期の日本のセメント製造技術
前章で、平岡通義・宇都宮三郎らの努力の結果、日図に示されるように、1881（明治 14）年頃までは本人の手でセメントが製造できるようになり、それを輸入量が国内生産を大幅に上回っており、官営深川セ

受けて、笠井順八や浅野総一郎らの手でセメントがメント工場のセメントでは、国内需要の一部を充足す「事業」として育ち始めたことを述べた。明治 20 年代

るに過ぎなかった。その後、国内生産量は明治 21に入ると、他産業の勃興につれてセメント需要も増大（1888）年頃には約 2 万トン程度にまで増加している

し、セメント会社の創業が各地で見られ、日本のセメ

ものの、輸入量もほぼ同量であり、国内需要の約半分

ント産業の基盤が形成されてきた。

をまかなうに過ぎなかった。

この章では、明治 20（1887）年代以降、大正期（～

しかし、1889（明治 22）年以降になると、国内セ

1926 年）に至る時期のセメント製造技術の発展につ

メント企業数の増加により、生産量は明治 21 年比で、いて述べる。この時期のセメント製造上の革新技術と5 年後の 1893（明治 26）年には 5 倍の約 10 万トン、して、以下の３点がとりわけ重要である。これらはい

23 年後の明治期末には 30 倍の約 60 万トンにと飛躍

ずれも欧米からの技術・装置の導入であった。

的に増加した。結果的に輸入量は数千トン以下とな①焼成工程での焼成窯の「竪窯」から「回転窯」へ

り、国内生産量の 1％以下まで低下した。しかし一方の転換が進められた。

でセメント企業は乱立気味となり、生産量の増加が需 明治時代は竪窯（徳利窯）が主流、大正時代に要を上回る時期も発生した。販路開拓・確保のため

なると回転窯が急速に普及する。

に、日清戦争後は輸出の動きも出てきたが、その量は②仕上工程におけるセメントの凝結硬化調節材としての「石膏添加」が開始された。

国内生産量の 1 割程度までであった。
企業乱立により、個々の会社の経営状況は安定せ 明治時代は風化で凝結を調節、大正時代になっず、会社の興亡常無きというような業界状況であって石膏添加が急速に普及する。

た。明治期および大正期に設立されたセメント会社は③セメント規格（日本最初の工業規格）が制定された。

3.1

51 社にのぼったが、そのうち大正期末まで存続したのはわずか 18 社に過ぎなかった。

明治・大正期のセメント産業の状況 1）2）3）

明治初期に始まった我が国のセメント生産は、その後、日本の国力の伸長に伴って生産量も増大していった。この期間中の国内セメント生産量および輸出入量

このようなセメント会社のめまぐるしいまでの興亡の理由としては、以下のような要因が考えられる：①セメントの主要原料である石灰石の鉱床が全国的に分布し、燃料も国産の石炭で、原燃料が国内で容易に調達できた。
②当時のセメント製造設備は比較的簡単で、容易に建設ができた。

を図 3.1 に示す。

③セメントはその性質上長期保存ができないので、不況・過剰生産となるとダンピングが横行し、価格の極端な下落に見舞われた。
結果的に工場建設から数年で破綻してしまうケースも少なくはなかった。

竪窯時代（明治末・1920 年頃まで）

3.2 の製造技術

1）2）4）5）6）

官営セメント工場で始まった我が国のセメント製造
は、明治時代のほぼ全期間を通じて「竪窯によるセメント製造」であった。本節では、明治末に回転窯が外
図 3.1

14

 治・大正期の国内セメント生産量と輸出入
明
量推移 1）（縦軸は対数目盛）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

国から輸入されて次第に普及するまでの期間の、竪窯によるセメント製造技術について述べる。

3.2.1

竪窯の原料工程：湿式法から、粉砕機の発達
で乾式法へ

乾式法では、竪窯焼成の場合は図 3.2 の上段に示す
ように、まず粘土を乾燥し、石灰石とともに荒割機、セメント原料の調製にあたっては、セメントの焼成反応が「固相反応」であることから、

中砕機および磨機（注 1 参照）の三つの機械に順次かけて粉末とし、それに水を加えつつ混和機で練り、練①石灰石・粘土類の配合比率を適正にコントロール

り上げたものを型切機へ送って煉瓦大の形に切った。

して、セメントの化学成分をできるだけ一定に保これを乾燥後、竪窯に装填して焼成した。なお、3.3

つこと（化学成分）

で述べる回転窯の場合には原料の成形は必要なく、同②原料粉末をできるだけ細かくすること（粉末度）

図下段に示すように、粉砕・調合後、直ちに窯へ送入③石灰石や粘土類の粉末ができるだけ均等に分散・して焼成した。
図 3.2 の乾式法と図 2.6 の湿式法を比較して見ると分布していること（均斉度）
が非常に重要である。明治期前半のセメント産業草創

明らかなように、乾式法では原料に「粉砕」の工程が期には、粉砕機などの機械装置がまだ十分発達してお入っている。前述のとおり、竪窯時代の湿式法は「硬らず、先人たちは上記①②③を少しでも改善するため

い石灰石を粉砕できる適当な粉砕機がまだなかった」に、さまざまな工夫を行っていた。

ための代替策であった。粉砕機の発達によって湿式法

1873（明治 6）年に建設された我が国最初の官営セから乾式法への移行が実現した。

メント工場を引き継いだ宇都宮三郎は、従来の設備を乾式法としては、石灰原料として石灰石を用いる

全面改修し、図 2.6 に示した「湿式法」と呼ばれる製「純乾式法」が一般的であるが、石灰石の代替として造方式を採用して、1875（明治 8）年、日本で初めて消石灰を用いる「半乾式法」、同じく石灰石の代りに信頼できる品質のポルトランドセメントの製造に成功

生石灰粉末を用いる「生灰焼成法」の３方式があった。

き ばい

した（2.3.1 参照）。この時代に湿式法を採用した最大

生灰焼成法は、石灰石を石灰窯（竪窯）で別に仮焼の理由は、石灰石を十分に粉砕できる粉砕機がまだ開（脱炭酸）した後、粘土類と調合する方式で、明治後発されていなかったことにあると見られる。そのため期に浅野セメントが特許を取得し、同社の回転窯に採に、石灰石を仮焼して生石灰にし、それに水を加えて用した方式であり、竪窯での採用はなかった。生灰焼

消石灰にするという手間をかけて、石灰原料を微細化

成法は、1980 年代に日本の技術として開花する NSP

していたのである。

キルンの先駆け技術として重要であり、この点につい明治初期のセメント工場は、東京・深川の官営セメては 4.2.5 及び 5.2 で詳述する。

ント工場を模倣することから出発したため、総て「湿乾 式 法 の 時 代 に な っ て、 原 料 粉 砕 で は 1899（ 明式法」を採用していた。しかし、湿式法は経済性や生治 32）年に浅野セメントが導入したチューブミル（図産効率が低いため、やがて「乾式法」ヘと移行して

3.3、ボールミルともいう。注 2 参照）、原料調合ではいった。乾式法は、明治 21（1888）年、小野田セメ

同年に小野田セメントが採用した「自動連結天秤」がントが機械設備一式をドイツから輸入して採用したの新機軸となり、その後、各種粉末篩別機械の採用ととが最初であり、漸次他社に普及していった。

もに、原料粉末度の向上、均斉度の改善が図られた。

図 3.2

乾式法（竪窯・回転窯）によるセメント製造工程 2）

セメント製造技術の系統化調査

15

（130～180 樽 /cycle･kiln）が多かったようである。
（注）当 時の表記は樽数であり、1 樽の正味重量は時期によって変化している（巻末年表参照）。ここでは 1 樽を 380 ポンド＝172㎏として換算した。
（2）明治期のセメント焼成窯の型式別設置基数
我が国のセメント焼成窯としては、明治期にはこれまで述べてきたように、徳利窯（竪窯）が主流であっ
図 3.3

3.2.2

我が国最初のチューブミル 7）

竪窯（徳利窯）の焼成工程（1）竪窯の焼成方法

たが、明治後期に回転窯が欧米から導入されると、急速に普及し、大正時代以降は回転窯が主流となった。
他に、明治期には、ディーチュ窯（竪窯）やホフマン

図 2.8 は、太平洋セメント小野田工場に保存されて式輪窯も一部の工場で採用された。

いる徳利窯で、これが明治期のセメント焼成窯の主流

明治末から大正初年における我が国の焼成窯の設置をなしていた形式である。煉瓦造でその形が徳利に似状況を、履歴が判明しているセメント会社 12 社の 17て い る と こ ろ から名づけられたもので、外 国 で も工場についてまとめて、表 3.1 に示す。

「Bottle Kiln」と称され、高さは 15～20m 程度のもの

同表に示すように、大正初年において、徳利窯数はが多かったようである。上部は煙突で、下部がいわゆ

17 工場で 158 基にものぼり、焼成窯数の約 8 割を占る焼成室であるが、火格子の上に松の枯枝等の「焚きめている。セメント業界は 1904～1905（明治 37-38）

付け」を置き、その上に燃料となる「石炭」を煉瓦約年の日露戦争を契機として急速な拡大期を迎え、セメ

2 枚分、さらにその上に「煉瓦大に成形した原料」をントの需要は拡大する一方であったのに対し、竪窯のおよそ煉瓦 5 枚分の厚みにならべ、これを交互に積ん

大型化はその形状ゆえに困難であった。そのため、窯で火床上の焚き付けに火を入れる。火を入れておよそ数の増加によって対応せざるを得なかったと考えら

5 日程度で燃料が燃え尽きると、下部の火格子のとこれ、愛知セメント東熱田工場のように 49 基も設置しろから焼成されたクリンカー（焼塊）を取り出し、こた例がある。表からわかるように、竪窯の主流は徳利れを「良品」と生焼けの「不良品」に選り分け、良品窯であり、ディーチュ窯とホフマン窯はごく少数でを粉砕してセメントとする。すなわち 1 回の焼成ごとあった。

に火入れ、火止めを繰り返す非連続式（バッチ式）の焼成窯である。その生産能力は 22～30t/cycle･kiln
表 3.1

16

明治期のセメント焼成窯設置基数（12 社 17 工場、1913（大正 2）年現在）2）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March3.2.3竪窯時代の仕上工程：「風化」による仕上げ

徳利窯では、焼成が終ると下部の火床を外し、焼塊3.3）が使用されはじめ、粉砕媒体として鋼球が使用されるようになり、粉砕効率と品質向上改善が進んだ。

（クリンカー）を取出した。徳利窯は焼成が不均斉であったため，窯から取出した焼塊を選別しなければならなかった。焼塊粉砕には蒸気力で回転するフレット

3.3 回転窯時代の到来：高品質のセメントを大量生産する大革新技術 2）4）5）6）ミル（図 3.4、注 3 参照）を使用した。初めは、1 時セメント製造の 4 工程（原料・焼成・仕上・出荷）

間当り 250㎏（1 樽半）程度の製品を得るにすぎなかっのうち、焼塊（クリンカー）を得る「焼成工程」がコたが、熟練するにしたがって 1 時間 500kg を粉砕す

スト面・品質面から最も重要であり、特に焼成窯の形ることができるようになった。粉砕されたセメントは

態はセメントの品質や製造原価に直接的に影響を及ぼ

回転型六角篩でふるい分け、精粉はセメント風化倉へすことから、近代セメント産業誕生以来、改良が継続

送り、残滓（篩上残分）はフレットミルへ送り返してして行われてきた。

再び焼塊とともに粉砕した。

セメント焼成は全体としては固相反応であり、実際には高温下で部分的に液相が生じ、その液相を媒介として、CaO と SiO2 の反応が進む。固相中では、液相や気相中に比べるとはるかに物質移動が難しく、従って化学反応が進みにくい。竪窯焼成では、原料は煉瓦状に成形されているので、焼成中の外部からの物理的（1）ク リ ン カ ー 粉 砕 中 の
様子

図 3.4

（2）東 京 都 江 東 区 深 川 の太平洋セメント敷地内に保存されている
フレットミルのローラー

フレットミル 7）な力による物質移動はほとんどない状態であり、固体粒子間の化学反応は進みにくい。一方、19 世紀末に米国で開発された回転窯は、窯内に送入された粉末原料を回転力によって混合させながら焼結させるので、固相反応の上からははるかに合理的な方式である。
セメント製造への回転窯の採用は、1 基当りの焼成

このようにして得られた精粉も、十分「風化」しな

能力、焼成効率、品質の均一性などの面で、竪窯に対ければ使用に耐えないので、細心の注意を払って風化してはるかに優位であり、その後の回転窯焼成技術のさせた。風化の方法としては、風化場を設け、セメン

発達とともに、安価かつ高品質のセメントが大量生産

トを 0.1～1m 層に散布し、時々「返し」を行って風されるようになり、20 世紀の「コンクリート文明」

化を促進させた。風化期間は 4 週間位が普通で、長いが花開くことになった。

場合は半年以上のこともあった。
精粉として得られたセメントをこのように風化させる必要があったのは、以下の理由による。
①竪窯の焼成過程では、遊離石灰（フリーライム・
注 4 参照）を生ずることが多く、このまま使用す

なお、回転窯導入で「高品質セメントの大量生産」
ができるようになった背景には、前後の原料工程・仕上工程の技術・設備が並行して発達していたことを忘れてはならない。チューブミルの導入などはとりわけ重要である。

れば硬化後に亀裂を生ずるおそれがある。
②セメントに水を加えた時の凝結時間（注 5 参照）
を適切な範囲に調節する。

3.3.1

回転窯の導入 2）4）5）6）7）8）

回転窯はすでに 1881 年には鉱石の焙焼に用いられ②の問題は後述するように 1890 年代（明治 20 年ていたが、1885（明治 18）年、英国のフレデリック・代）に始まる「石膏の添加」で解決されたが、①の問

ランサム（Frederick Ransom）が、これをセメント

題については、回転窯焼成が普及して遊離石灰が僅少の焼成に利用する特許を得た。試験回転窯で試みたなセメントが作れるようになる大正期後半までは、セ後、英国エセックス州グレー工場で、直径 18 インチ

メントを風化させることで対応することが一般的で（約 46㎝）、長さ 15 フィート（約 4.6m）の試験窯であった。

工業的試験を行い、さらにキルン径 48 インチ（約

風化が完了し、石灰分が安定した製品は、風化倉内

1.22m）、長さ 30 フィート（約 9.1m）の回転窯までスで樽詰めした（図 2.11）。樽詰めも初めは手詰めにケールアップして、実験的には成功した。しかし、当よっていた。

時の英国のセメント工場は湿式製造法であり、この湿

なお、焼塊粉砕でも明治末頃からチューブミル（図式調合物を回転窯で焼成する適当な手段が見つけられセメント製造技術の系統化調査

17

なかったことと、多量の燃料を要するためクリンカー

浅野セメントの回転窯導入を先導したのは同社の坂と煉瓦が溶着するなどの問題があって、実用化には至内冬蔵技師で、同技師は後述する「石膏添加」の技術らなかったようである。

導入にも先鞭をつけ、また「生灰焼成法」の特許を取き ばい

このアイデアを拾い上げてさらに工夫を重ね、工業得するなど、明治期の浅野セメント、さらには日本の的 に 成 功 さ せ たのが米国・アトラスセメン ト 社 のセメント製造技術の先達的な役割を果した技術者といニューヨーク州ロンドート工場で、1890（明治 23）える。

年頃、直径 50 インチ（約 1.27m）、長さ 50 フィート
（約 15.2m）のキルンを設備して生産を開始したと伝8）えられる 。

3.3.2

回転窯の普及セメント工場の履歴が判明している 8 社 14 工場

我が国最初の回転窯は、1903（明治 36）年、浅野（官営セメント工場を含む）について、1917（大正 6）セメントが米国から輸入して深川工場に据え付けた回年までの原料工程と焼成窯の変遷をまとめると図 3.7

転窯で、直径 6 フィート（約 1.83m）、長さ 60 フィーのようになる。

ト（約 18.29m）であった（図 3.5）。これは型式上か官営セメント工場をモデルにして湿式法の徳利窯でらは、現在使われている巨大回転窯と同じものであ

始 ま っ た 我 が 国 の セ メ ン ト 製 造 方 式 は、 明 治 30

り、煉瓦を内張りした鋼製の円筒に約 3％の傾斜を持（1897）年代から順次乾式法竪窯に転換し、さらに明

たせて回転させ、傾斜の高い方から原料粉末を送入

治 40（1907）年以降、回転窯への転換が進んだ。もっし、低い方から燃料を吹き込んで焼成する（向流式焼とも、この時代の回転窯は熱効率がきわめて悪く、コ成）。

スト面で竪窯との間に決定的な差が現れたとは言い難
く、回転窯時代の本格的な幕開けは余熱利用装置（余熱発電）の導入（1920（大正 9）年、4.2.2 参照）を待たねばならなかった。
1924（大正 13）年頃には、日本ポルトランドセメ
ント同業会加盟会員 20 社（32 工場）のうち、回転窯のみの工場が 29 工場、徳利窯と回転窯を併設した工場が 2 工場、徳利窯のみを設置した工場は 1 工場（休止中）となり、徳利窯の時代は大正時代の末で終った
図 3.5

我が国最初の回転窯（1903 年）2）

この国内第 1 号の回転窯は、焼成効率、能力、品質の均一性の面で、竪窯（ディーチュ窯、ホフマン窯を含め）に対する優位性が、同業他社にも次第に認めらといえる。回転窯焼成については、４章以降で詳しく述べる。

石膏の添加：「ポルトランドセメント」「回

3.4 転窯」と並ぶ大発明の日本への導入

2）5）

れるところとなり、新増設される焼成窯は回転窯に

現在のポルトランドセメント中には 3% 程度の石膏なっていった。回転窯の大型化も進んだようで、10が配合されており、これによってセメントの凝結時間

年後（大正 2 年）に建設された小野田セメント工場のが、施工時に使いやすい時間範囲になるように調節さ回転窯は、直径 2.5m、長さ 60m と記録されている（図れている。アスプジンのポルトランドセメント発明

3.6）。

（1824 年）当時は、焼塊をそのまま粉砕しただけだったので、製品のセメントは非常に急結性であった。そのセメントを散布風化することによって凝結を緩和す
るようになったのは、英国では 1800 年代半ばであり、米国では「散布風化による凝結調節法」が 1870 年に特許になっている。我が国でも、明治期から大正期後半までは、工場に風化場を設けて散布風化を行っていたことは、3.2.3 で述べた。
セメントの凝結の安定性を得るために石膏を混ぜる

図 3.6

18

図 3.5 から 10 年後に建設された回転窯の例 2）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

ことが、欧米のセメント業界で「発明」された経緯については、7.5.1 に詳細を記す。

図 3.7明治・大正期における原料製造方式と焼成窯の変遷 2）

この技術の我が国への導入は、浅野セメントの坂内（明治 44）年で、回転窯に余熱発電設備を付けて工場

冬蔵技師が、1888（明治 21）年ドイツ留学から帰国後、動力が本格的に電力化したのは 1913（大正 2）年で同社深川工場で使用を開始したのが最初である。しかあった 4）。

し、日本でも当時は「まぜ物」として、一部需要家の浅野セメントでも同時期に電力使用を開始したとあ非難を受けた。この頃にはまだ石膏による凝結調節はる 7） ので、セメント工場の動力源は、明治時代は蒸不完全だったので、こうした非難もいわれなきもので

気機関、大正以降は電力の時代になったとみられる。

はなかった。その後、セメント成分の研究によって、アルミナ分が多くケイ酸分が少ないと凝結が早くなることが判明し、ケイ酸分の増加、アルミナ分の減少が進み、石膏による調整の方法が定着、凝結の安定をもたらした。

セメント製造の品質管理とセメント品

3.6 質規格2）6）

1875（明治 8）年 5 月、我が国で初めてポルトラン
ドセメントの生産が開始されて以来、日本のセメント

このような品質の改善で、それまで急結を避けるために実施されていた風化は、大正初めには廃止されの品質は明治・大正・昭和期を経て、21 世紀の今日まで著しい向上を遂げてきた。

た。風化の廃止によって、セメントの強度を犠牲にす

しかし、明治 20（1887）年頃までの草創期のセメることなく、凝結の安定したセメントの製造が可能に

ント会社は、全くゼロからのスタートであり、会社運なった。セメントへの石膏添加は、回転窯の発明と並営はもとより、製造現場での管理も試行錯誤の連続でぶセメント製造技術上の一大発明といえる。なお、石あった。

膏のセメント凝結遅延作用については、第７章で詳しく述べる。

3.5 動力源：蒸気機関から電力へ

生産管理の面では、工場運営に必要な原料、燃料および製品などの物質収支に必要な記録程度で始まり、その後の技術の進歩に応じて主要設備の運転時間など

2）4）5）7）

運転管理に必要な管理項目が加わっていった。
品質管理においても、当初はおよそ科学的管理とは

明治創業期に使用された機械類の動力源は蒸気機関

程遠いものであったが、やがてセメントの強さ試験にであり、工場内照明はランプであった。小野田セメン

始まり、化学分析、さらには粉末度等の物理試験が追ト小野田工場の場合、1899（明治 22）年に工場内に加されていった。明治 30（1897）年代になると、品40kw の直流発電機を設置して一部に電灯照明が行わ

質管理の基礎が確立され、大正末期には現在とほぼ同れた。工場の動力源として電力が使われたのは 1911

じ内容にまで充実したと判断される。

セメント製造技術の系統化調査

19

3.6.1

明治 20 年代頃までの品質管理の状況

セメント草創期においては、およそ品質管理の意識すら希薄で、少なくとも 1887（明治 20）年頃までの試験成績値は皆無といってよい。

る。「日本帝国ポルトランドセメント試験法」においても同様の試験項目を定めている。
セメント有力 9 社で作成したこれらの試案は実施に至らなかったが、各メーカーはこうした業界案をもと

明治 20（1887）年代に入ると、次第に科学的管理に日常の製造・品質管理を進め、1897（明治 30）年がなされるようになり、原料やセメントの粉末度、セ頃から順次試験体制を充実していったと考えられる。

メントの化学分析、モルタルの耐伸強（強さ）や硬化

やがて政府も品質規格の重要性を認めるようにな

度（疑結）などが測定されるようになった。しかし、り、当時の工業試験所およびセメント各社の技術者 6

化学分析は自社ではできず、農商務省などに依頼しな

名 に よ っ て 試 験 法 の 研 究 を 進 め た 結 果、1905（ 明ければならず、また、自社で試験するとはいえ、硬化治 38）年 2 月 10 日「日本ポルトランドセメント試験

度も「急硬」「緩硬」などと定性的な評価がなされて方法」が農商務省告示第 35 号をもって公布された。

おり、モルタルの試験に使用する砂はセメントメー

これは、政府発注のセメントに対する品質と試験法をカーが独自で決めるなど、統一されたものはなかっ

明示したもので、法律でも規則でもない単なる政府のた。

購入基準であるが、政府の権威において定めた基準であり、次第にほかの需要者にも普及していった。これ

3.6.2

品質試験法統一への流れ

は、前述の「日本帝国ポルトランドセメント試験法」

明治中頃（1890 年代）になると、コンクリート工に類似した内容で、第 1 条「粉末ノ程度」、第 2 条「凝事はかなり普及してきたが、なおセメントの国家規格

結」、第 3 条「膨張性亀裂」、第 4 条「強度」、第 5 条「苦は制定されていなかった。従って、官公庁の土建技術

土及硫酸ノ定限」で構成されており、これが今日の品者たちは、自分の留学した欧州先進国の流れを汲み、質規格の原点である。

それぞれの国のセメント規格を踏襲・改訂し、あるいこ の 試 験 方 法 の 制 定 は、 英 国 の 1905 年、 米 国 のは独自の試験方法を案出する等、その内容は種々雑多

1906 年と時を同じくしており、欧米に比べて立ちおであった。このため各セメント会社は、技術面だけでくれていたわが国セメント産業の発達を刺激した効果

なく、操業面も煩雑になり、セメント会社経営上の大は大きかった。この後、わが国セメント産業は製造設

きな障害となっていた。

備の改善とともに、品質も急速に向上し、旧来の面目

このような背景の中から、セメント同業者間で試験を一新するに至った。そして、セメントの品質向上に

法統一について協議がなされ、1893（明治 26）年 7

合わせて、セメント規格も、比重などの項目の追加、

月 15 日付で、有力なセメント会社 8 社連名の上、時粉末度や強さの規格値の改定など、数次の改正を経ての農商務大臣、後藤象二郎宛に「セメント試験法一定

次第に精密なものになっていった。

ノ儀ニ付願書」を提出している。この提案は採用されセメント規格は、技術の進歩や需要者側の要望などなかったが、これをきっかけに業界努力はその後も続を踏まえて、その後も繰り返しきめ細かい改定・追加けられた。

がなされ、今日の JIS 規格の姿になった。セメント規1896（明治 29）年頃、ドイツなどの規格を参考と格の変遷については第８章で詳述する。

して、同業者間で検討した結果、「帝国日本ポルトラ
ンドセメント試験法附請渡方」という規格の原案を作

20

3.6.3

セメント技術団体の結成成し、これをもとに、1898（明治 31）年 7 月、東京

我が国のセメント産業発祥後の十数年は、一般に科での同業者の会合で「日本帝国ポルトランドセメント学的知識の水準も低く、セメント製造あるいは応用面試験法」が提案されている。

においても、科学的・技術的に研究・解明が急がれる「帝国日本ポルトランドセメント試験法附請渡方」

ような課題も少なくなかった。各セメントメーカーででは、まずポルトランドセメントの定義と成分を規定

もそれぞれ独自の研究が進めていたが、早くも 1900

した上で、第 1 条から第 4 条まで、
「凝結」
、
「容積ノ

（明治 33）年には、同業 10 社の構成によって、
「日本

固定」
、
「耐力試験」、「細末ノ度」の試験項目を織り込

ポルトランドセメント業技術会」が結成された。そのんでいる。ここで「容積ノ固定」とは、セメントを硬結成の趣旨は、経済問題を離れて、セメント及びコン化させた場合のペーストの膨張、「細末ノ度」とはセクリートの発達を正しい方向に導くために、セメント

メント粉末度のことである。さらに附属の請渡方の内製造およびその応用方面の学問・技術に関するあらゆ

容では、樽の正味重量や商標の貼付などを規定している研究を取り扱うことにあった。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchまずとりあげられた問題は、セメント試験用標準砂

メント工場の操業状況を知る上での貴重な資料であるの選定ならびにセメント国家規格の制定であった。そと考え、要点を以下に紹介する。

の努力は報いられ、1905（明治 38）年農商務省告示（注）太 平洋セメント小野田工場のセメント生産はで「ポルトランドセメント試験方法」が公布された。

1985 年に終了し、以後はコンクリート混和材剤、

その後数年して、本会と業務内容上の関係も深い

静的破砕材等の生産を関係会社が行っている。

「日本ポルトランドセメント同業会」が結成された。
この団体は最初業者の親睦団体として発足したが、の

3.7.1

徳利窯の操業実績

ちには、セメント試験用機器の検定、試験用標準砂の湿式法から乾式法への転換や大型化を含む 1885（明頒布の外、セメントの利用の普及等が主な業務内容と治 18）年から 1894（同 27）年の生産実績を時系列的なった。この両団体はその後も戦時統制の時代に入るに示すと表 3.2 のようになる。ここで、「焼 出 窯 数 」

まで存続し、セメント工業の技術面の発達に貢献するとは当該期間中における窯の運転回数であり、窯から

ところが大きかった。

焼き出された製品は良品である「精品」と不良品であやき だし かま すう

なまやけ

戦時中は、両団体ともセメント統制会に吸収されてる「生焼・過焼品」に分類される。燃料比はセメントいたが、戦後すぐの 1946（昭和 21）年、新たに「社1 トンを焼成するに必要な石炭の質量を kg 単位で示団法人日本セメント技術協会」として再発足、1966している。なお、当時、製品重量は樽数による表記な（昭和 41）年、「社団法人セメント協会」と組織統合

ので、1 樽を 172kg として換算しトン表記にしている

して「セメント協会研究所」となって今日に続いてい（以下、回転窯についても同様）。

る。

表 3.2 に 示 す よ う に、1886（ 明 治 19） 年 度 か ら

セメント協会研究所の現在の主な業務内容は以下の通りである。
1．研究・技術支援

1894（明治 27）年度までの僅か 10 年弱の間に、精品量は約 626 トンから 8,415 トンヘと約 13 倍に、また 1窯当たりの精品量も約 10 トンから約 34 トンへと 3 倍

セメント技術大会・講演会開催、研究奨励金・強まで増加している。特に 1890（明治 23）年度を境

論文賞運営、セメント ･ コンクリート論文集発に精品量が飛躍的に増加しているが、これは同表の窯行、セメント共同試験など

基数に示すようにこの年度に徳利窯が 4 基から 6 基に

2．セメントの規格類の整備増設されたこと、セメント製造方式が湿式法から乾式

セメント協会標準試験方法整備、標準物質・標法へと切り替わったこと、ならびに国内の鉄道敷設、準砂の管理・販売

港湾建設、紡績工場建設等によるセメントの需要の高

3．受託試験
セメントおよびコンクリートの受託試験。

まりにより、一部の徳利窯が大型化されたこと等によるものと考えられる。
また、不良品率には年度による若干の変動はあるも明治・大正期のセメント焼成窯の操業
実績 1）2）のの、1885（明治 18）年当時は 25～30% 弱であった

以上、本章 3.1～3.6 で、明治・大正期におけるセメにまで改善されている。このような不良品率の減少、ント製造技術の技術史を述べてきたが、100 年以上の精品量ならびに 1 窯当たりの精品量の増加、を併せ考

昔になるこの期間のセメント製造に関して残されていえると、この期間においてセメント製造技術が飛躍的る原史料は乏しく、技術の詳細については不明な点もに向上したことが窺える。

3.7

ものが徐々に低下し、1893（明治 26）年には約 11%多い。その中にあって、小野田セメント（現・太平洋

徳利窯の燃料比の推移については、一部記録が欠落セメント）の小野田工場は、1881（明治 14）年の創した年もあり、操業年により 240～519kg と変動の幅

業以来、今日まで同じ場所・敷地に存続してきておが大きいが、これは徳利窯による焼成方式に起因するり、戦災も受けなかったので、明治・大正期の技術資

もの、すなわち同窯による焼成は非連続式のいわゆる料もかなりの量が今日まで残されてきている。太平洋バッチ式であり、1 回の焼成が終了する度に運転停止

セメントは、同社退職者の台信富寿博士の協力を得が避けられず、これに伴う熱損失や焼き出された焼塊て、2004 年からそれら史料の整理に取り組み、その（クリンカー）品質のばらつきも大きかったものと考成果の要約を太平洋セメントの季刊広報誌「CEM’s」

えられる。

2008 年 4・7・10 月号および 09 年 1 月号に発表した。
一社の一工場の記録ではあるが、明治・大正期のセセメント製造技術の系統化調査

21

表 3.2

3.7.2

徳利窯における生産実績 2）

回転窯の操業実績

表 3.3

回転窯における生産実績 2）

回転窯の場合、原料や石炭を連続的に送入し、焼成状態に応じてこれらの送入量を増減できることから、均質な焼塊を連続的に焼成できることが特徴である。
また原料の成形工程や焼塊の選別工程が不要となり、製造工程の簡略化が可能となるので、結果として大量生産に対応することができる。なお、窯の構造ゆえ、放散熟量が多く、また原料は窯内の底部を、熱ガスは窯内の上部をそれぞれ移動するために、竪窯と比較して熱効率が劣るという短所があるが、廃ガスの熱エネ
ルギーを有効利用した余熱発電が、大正時代初めから行われるようになった。回転窯の余熱利用について
は、次章・第 4 章で詳しく述べる。
ここで「アンザツ落し休転時間」の「休転率」とは、（1）回転窯の運転率等

回転窯内に過剰付着したアンザツを人力により除去す小野田工場では、1913（大正 2）年 12 月には竪窯る（1 回 /1 交代）ため短時間窯を停止した時間の、が廃止されて回転窯単独時代に入ったが、その時から窯の運転時間に対する比のことである。運転率は窯設

1924（同 13）年度までの 1 号回転窯（径 3m、長さ置当初の 81% から 1924（大正 13）年には約 88～89%50m）の操業実績を表 3.3 に示す。この表には、焼出にまで向上しているものの、それでもなお 1 カ月当た

やき だし

りょう

量、回転窯運転時間の暦時間に対する比である運転

り約 3 日以上休止していたことになる。この原因とし率、アンザツ落し休転時間（注 6 参照）、アンザツ落ては、窯内壁の煉瓦の脱落、回転窯の前後に位置する

し休転時間の休転率、さらには燃料比等について時系

機械装置類の不調や原料不足によるものが多かった。

列的に示した。

回転窯の操業で特徴的なことは、窯内に付着するアン
ザツの除去のため、1917（大正 6）年～1921（同 10）
年頃でも毎交代（8 時間）定期的に 20 分程度（1 日当たり約 1 時間）窯を火止めして、アンザツを人力で掻22

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchき出していたことであり、この「アンザツ落し休転時間」における休転率は 1922（大正 11）年頃に至ってもまだ 3% 前後（1 日当たり 40 分前後）にまで及んでいた。当時は回転窯の回転数は固定であったが、原料や燃料送入量のコントロール等に習熟して、このアンザツ落しが解消されるのは、大正末（1926）年頃であった。
このように、大正期（1912 年～1926 年）のセメン
ト焼成が、それ以前よりも安定していたとはいいつつも、アンザツ除去や機械的故障等により頻繁に窯の小休止を繰り返していた。
また、回転窯の作業（焼成）日誌に燃料石炭吹き込
み側の圧力の記録が記載されるのは 1924（大正 13）年以降であり、温度の記録はないことから、当時は計測機器が未発達であり、原料や燃料の送入量は、窯内状況や焼塊の目視観察等でコントロールしていたことが窺える。
（2）回転窯の焼出量の推移
回転窯においては焼成が均一になるので、焼成後、良品である精品と不良品である生焼けに区分することはせず、「焼出量」がそのまま徳利窯等における精品量と同義で用いられるようになった。
表 3.3 に示すように、年間の焼出量は回転窯稼動直後の 1914（大正 3）年には約 3.8 万トンにものぼり、摩砕され、粉末は外周方向に排出される。
注 2： ボールミルとチューブミル
ボールミルは、円筒の中に砕料と粉砕媒体としてボールを入れ、回転することによって粉砕を行う「回転円筒粉砕機」の総称である。ボールミルの中で、直径に比べて円筒部が長いミルは「チューブミル」と呼ばれる。現在、セメント工場で使われているボールミルは、ほとんど全てがチューブミルなので、本稿ではボールミルとチュー
ブミルの用語は互換性のある言葉として使う。チューブミルの発明・本邦へ導入・ミルの構造などについては
4.5.1 および図 4.12 で説明している。
注 3： フレットミル（図 3.4）
エッジランナーともいう。自由に回転する石材製テーブ
ル（後に鋼鈑製）上で直径約 1.2m の 2 個のロール（石材製）を回転させ、圧縮せん断粉砕する。
注 4： 遊離石灰（フリーライム）
焼塊（クリンカー）中に残存する未反応の石灰（CaO）をいう。焼成工程においては、原料からの石灰分をできるだけ粘土成分と反応させて、水硬性あるセメント鉱物にすることが重要課題であり、遊離石灰の少ないクリンカーほど「良く焼けたクリンカーだ」とされる。
遊離石灰が多いと、コンクリートにひび割れを生じる原因になる。
注 5： 凝結と硬化セメントに水を加えてから固まるまでの過程を「凝結」、
固まってから強さが増していく過程を「硬化」と呼んでいる。
注 6： アンザツ（Anzatz）
ドイツ語で、窯内壁煉瓦面に原料の溶融物が付着したものをいう。英語の「コーチング（Coating）」という言い方も使われる。適当な厚さのアンザツは、回転窯内での原料の滑りを防いで熱交換を良くし、煉瓦面を保護する役割をするが、付着が過剰になると窯内の原料の流れを阻害し、窯内容積が減少して生産効率が低下する。

1 日当たりに換算すると約 130 トンとなる。これは徳利窯の 35t/ 日に対し約 3.7 倍となる。焼出量は運転技術の向上等によってその後漸増し、1923（大正 12）年頃には、190t/ 日前後に、また年産量も約 6 万トンと 1914（大正 3）年の約 1.5 倍強にまで飛躍的に増加している。
回転窯の燃料比（石炭 kg／t-cement）については、
表 3.3 に示すように、当該期間における燃料比は回転
窯 の 使 用 を 開 始 し た 当 初 の 大 正 3（1914） 年 で は300kg/t-ct. を僅かに超えたが、それ以外の期間では常 に 300kg/t-ct. 以 下 で あ っ た。 徳 利 窯 の 240～519
kg/t-ct. と比較すると、竪窯に対する回転窯の窯形式
による熱効率の低下にも拘わらず、その燃料比は確実に低減するとともに、その変動も少なく、徳利窯と比較するとより安定した運転であったことが窺える。
注 1： 磨機
円形（直径約 1.2m、厚さ 02-04m）の上石と下石を組み合わせた石臼。下臼には放射状の溝があり、中央に原料投入口を設けた上臼を回転させることにより、せん断・

参考文献：
1） 台信富寿，明治・大正期におけるセメント製造技
術の変遷，山口大学博士論文，2007.
2） 台信富寿，明治・大正期におけるセメント製造技
術の変遷 1~4，CEM’s（太平洋セメント広報誌），
No. 37-40，2008-2009.
3） 杉下捨三，日本のセメント，ポプラ社，1962.
4） 小野田セメント株式会社，小野田セメント百年史，1981.
5） 上野孝，セメント技術史補遺，小野田セメント，

1980.
6） 藤田

稔，セメント，有斐閣，1960.

7） 日本セメント株式会社，日本セメント百年史，
1983.
8） 藤井光蔵，ポルトランドセメント発達の沿革（1）（- 18），
セメント・コンクリート，No. 105-130，1955-1957.

セメント製造技術の系統化調査

23

4 昭和初期から太平洋戦争を経て戦後復興期へ（昭和元年～35 年／1926～1960）
前章で、徳利窯で始まった日本のセメント製造技術
が、大正から昭和に年号が変わる時期（1926 年）までには、特に以下のような点で大きな進歩を遂げたことを述べた。

昭和初期から昭和 30 年代までのセメン

4.1 ト業界の状況（1926 ～ 1960 年）

1）2）

この時期のセメント生産量の推移を図 4.1 に示す。

①焼成方法が回転窯になってセメントの大量生産が可能になった。

1926（昭和元）年に約 300 万トンだった生産量は、1937（昭和 12）年には約 600 万トンにまで増大した。

②石膏添加で凝結・硬化が安定した。

しかし、図のように生産が順調に伸びたセメント業界③品質試験法・品質規格の制定で品質が向上してきではあったが、明治・大正期から昭和戦前期のセメンた。

ト会社の興亡は激しかった。1920（大正 9）年頃から1882（明治 15）年頃、浅野総一郎の東京・深川工始まった第一次世界大戦終了後の戦後不況、1927（昭場と笠井順八の山口県・小野田セメント製造会社の 2

和 2）年の金融恐慌、1929（昭和 4）年の世界恐慌と、工場で年間 3 千トン程度だった生産量も、各地に工場打ち続く不況に加えて、各社の無秩序な増産競争やダができて、明治末年には 60 万トン、昭和元年にはンピング販売で、弱小メーカーには苦境に陥って大会

300 万トンまで増大した。

社に吸収合併される、あるいは消滅するなどしたもの

本章では、昭和初期から太平洋戦争を経て戦後の復も多かった。

興期を終える 1960（昭和 35）年頃までの日本国内の1937（昭和 12）年、日中戦争の勃発により、我がセメント製造技術の変遷を述べる。この時期の製造技

国経済界は戦時体制に切り替えられ、セメント産業も術発展の重要なポイントとしては以下の４点が挙げら

他産業同様、国家統制のもとに、生産・販売・価格、れる。

資材割当等、あらゆる面に拘束を受けることとなり、①回転窯の排熱（余熱）の回収・利用方法の技術開

太平洋戦争突入とともに事業経営は非常に困難な時期

発が進み、その方式の違いによって、いくつか回を迎えた。戦時中は、①資材割当の減少と生産の低転窯（キルン）様式が生みだされた。

下、②企業整備（強制的な企業合併）、③軍命令によ②回転窯で大量生産するためには、原料工程や仕上る南方占領地域への工場移転の強行、など国内のセメ工程もそれに対応できる能力が必要になり、前後ント事業は著しい制約を受けて衰退を余儀なくされ工程での技術改善も進んだ。と同時に、工場の規た。

模の拡大に伴って公害問題も発生し、集塵機の設置が進んだ。

敗戦によってセメント業界の受けた損害は非常に大きかった。幾多の海外工場資産（新鋭設備が多かっ③コンクリートの用途の拡大につれて、セメント品
種の多様化が始まった。

た）は一挙に失われ、しかも内地工場は、爆撃などによる直接的な被害こそ少なかったものの、戦時中酷使④この時期までのセメント製造技術のほとんどは、された機械設備の老朽化により、生産量は極度に低下

まだ欧米技術の導入であったが、生灰焼成法の一した。終戦時の月産は 3 万トン（戦前平均 30 万トン）

つ「改良焼成法」は、その後の日本独自の技術開にまで減少し、結局 1945（昭和 20）年は終戦前後を発の先駆けとなった。

含んで年産 100 万トン台にまで減少した。

（注）1909（明治 42）年、小野田セメントが当時の関しかし、1949（昭和 24）年 9 月に燃料である石炭

東州（現・中国東北部）に大連工場を建設、操の統制が撤廃されてからは、生産条件は急速に好転業を開始した。以後、大正期から昭和戦前期にし、月産 30 万トン台に躍進、1950（昭和 25 年）にはは、日本のセメント会社が台湾・朝鮮半島・満セメントの価格・配給統制が撤廃されて自由販売に復州（中国東北部）に進出して新鋭工場を各地に

帰、1951（昭和 26）年には年間生産量も 650 万トンと、建設したが、そこで採用した設備・技術につい

戦前の最高時を超えるに至った。

ては、本稿では「日本で最初」といった表現の対象には取り上げていない。

統制撤廃後の我が国セメント工業の躍進はまさに驚異的であった。まず国内外セメント需要の急上昇である。戦災によって荒廃した河川・道路・港湾等のインフラストラクチャーの復旧、経済力回復のための鉄24

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March図 4.1

セメント生産高の推移

道・ダムの建設、あるいは住宅・工場の再建にしても、なによりもまず大量のセメントを必要とした。そのうえこれら「復興需要」は、1950（昭和 25 年）の朝鮮動乱を契機とする国内の景気好転を背景に、一層の拍車をかけられたのである。
1951（昭和 26）年を起点とする逐年の生産量は、

昭和１～35 年（1926 － 1960）1)

セメント焼成技術の発展（昭和初期か

4.2 ら昭和 30 年代まで）

1）2）

1903（明治 36）年、浅野セメントが日本で初めて米国製の回転窯（直径 1.8m、長さ 18.3m）を据え付けたことは、前章 3.3 で述べた。

かつて見られなかった急カーブを描いて増加していっ

この回転窯は以後各社に普及し、大正末までには旧た。1951（昭和 26）年以降の国内需要の平均増加率

来の竪窯は全部回転窯に代ったことも 3.3 で述べた。

は約 17％で、戦前の増加率約 8％に比べると倍以上の回転窯の出現は、セメント製造技術史上に一大変革を増加率になった。

もたらしたものといえよう。これによって、セメント

この需要急増の要因としては、第一に活発な復興需要が挙げられる。しかし戦後 10 年を経た 1956（昭工場は回転窯を中心とする「大量生産設備」へと移行したのである。

和 31）年以降の上昇は、我が国経済力の拡大とこれ

1920（大正 9）年、小野田セメントは、小野田工場

を支える道路・港湾・ダム等の産業関連施設への公共で初めて回転窯の排ガス余熱を利用した自家発電装置

投資の増大という、より積極的な需要が根本的な要因を設置した。この余熱発電方式（4.2.2 参照）は、電となっていたと見られる。

力事情が窮屈だった当時の我が国ではその経済性が認

一方、セメント輸出も、1947（昭和 22）年の輸出再開以来年々増加、1956（昭和 31）年には 220 万ト

識され、その後、大部分の回転窯が余熱ボイラーを設置するほどに普及していった。

ンを輸出し、世界第 1 位のセメント輸出国となった。

回転窯の形式では、乾式法（乾燥状態の原料粉末を

このような急激な需要の増大に対し、セメント業界

そのまま窯に送る方法）の採用が多かった。しかし大は増産できちんと応えることができた。戦後いち早く正末期頃から欧州で「早強セメント」（第 8 章で詳述）

経営体制を立て直し、設備の復旧さらには積極的な新の利用が進んできたため、日本でも 1929（昭和 4）年、増設に踏み切ったことが大いに奏功したといえる。

浅野セメントがその製造を企て、原料をスラリーにして回転窯に送入する湿式工場を東京・西多摩に建設した。続いて、1932（昭和 7）年には、小野田セメント

セメント製造技術の系統化調査

25

が新設の三重県・藤原工場の回転窯で、湿式キルンには実例があるものの、日本国内での採用はな

初めて「スラリーフィルター」を取り付け、湿式ながかったので、これも説明は省く。一方、「SP キ

ら余熱発電を可能とした。以後湿式ではこのフィル

ルン」「NSP キルン」については次章第 5 章でター付の形式が多く選ばれた。

詳述する。

1934（昭和 9）年、三河セメント（後に小野田セメ
ントに吸収合併）田原工場が日本最初の「レポールキ

4.2.1

回転窯の熱効率の向上と燃料消費量の低減

ルン」を設置した。このレポールキルンの革新性は、

回転窯の導入は、「セメント品質の向上」と「大量排ガスの熱回収に史上初めて「プレヒーター（予熱生産」を実現したという意味において、セメント産業

機）」を採用したことである。
「プレヒーター」とは、技術史上の画期的（エポックメーキング）な出来事で

キルン排ガスの熱を原料に「伝導」伝熱させて、石灰あった。しかし、この回転窯は、それら大きな長所の石の脱炭酸、すなわち「仮焼」を行う装置である。

反面でいくつかの欠点もある。最大の欠点が「熱効率

昭和初期から今日までに使われてきたキルン様式をが悪い」ことである。その「熱が逃げてしまう」原因

表 4.1 に示す。本節では、これら「乾式」「湿式」「半は二つ、「排ガス持去り熱」と「クリンカー持去り熱」

湿式」の焼成法について、昭和初期から昭和 30 年代である。

までの変遷・発展と、それぞれの方式の問題点を述べる。それらの問題点を克服しながら、我が国セメント（1）排ガス持去り熱産業は、次章・第 5 章で述べるセメント製造技術の現

回転窯による焼成では、円筒底部を流下する原料と時点での最高峰「NSP 方式」の開発に成功するのでその上側を流れる燃焼ガスとの間で向流熱交換をさせある。

ることで、原料成分の間で焼成反応を起こさせる。こ

表 4.1

 メントキルンの様式別分類（昭和初期以降
セ～）（筆者作成）の燃焼ガスと原料間の熱伝達の大部分は燃焼火焔（フレーム）からの放射（輻射）伝熱によるものであり、伝導伝熱の寄与はわずかである。したがって、窯の奥

乾式キルン＊ショートキルン
余熱ボイラー付（DB）
生灰焼成法（改良焼成法）（NCB）
サスペンションプレヒーター付（SP、NSP）＊ロングキルン＊シャフトキルン（S）
湿式キルン＊ショートキルン
フィルター付（WF）
フィルター付・ボイラ付（WFB）＊ロングキルン（W）
半湿式キルン＊レポールキルン（L）
注：括 弧内はセメント業界内で使われている各様式の略称である。

の方でガス温度が下がってくると、放射伝熱は絶対温度の４乗に比例するだけにガス－原料間の熱交換率が低下するので、窯から出る排ガスの温度はどうしても高くなり、熱損失が大きくなる。
（2）クリンカー持去り熱
回転窯で焼成された高温のクリンカーは、回転窯出口で空気と接触して冷却され、その冷却空気は２次空
気（注 1 参照）として窯内に吸引されるが、熱せられたクリンカーと窯内に向かう空気との間の放射（輻射）による熱交換率は低く、クリンカーは高温度のままで窯から系外に出てしまうことになる。したがって
この熱損失も大きい。
セメント製造コストのうち燃料費の占める割合は大（注）表の中で「シャフトキルン」とあるのは明治期

きい。それ故、回転窯の熱効率を高めて所要熱量を低の竪窯（徳利窯など）ではなく、戦後の一時期、減することは、コスト低減への最重要課題なのであ一部のセメント会社がドイツから技術導入してる。本節 4.2 では「キルン排ガス持去り熱」回収のた建設した竪型の焼成窯で、建設費が安く、熱効めの工夫について述べ、「クリンカー持去り熱の回収」

率も他様式に比して優れていたが、セメントのについては次節 4.3 で述べる。

品質上および運転操作上からいろいろ難点があり、10 年程度使われて廃止された。外国技術で、

26

4.2.2

乾式回転窯における排ガス熱の発電利用（余しかも短命に終わって他の製造技術への波及効

熱ボイラー付乾式キルン／DB）2）3）

果もほとんど見られないので、本章では説明は余熱ボイラー付乾式（ショート）キルン（DB）は、省略する。また「乾式ロングキルン」も米国で昭和初期から戦後復興期までのキルン様式の主流をな

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchしていた。多くの DB キルンの長さが 70～80m であ管の消耗も多く、長期運転が阻害される原因ともなるため、排ガス温度は、約 800～900℃と高く、回転る。余熱ボイラーをやめて、電力は別に電力会社から窯に吹込まれた熱量の約 50％を持っている。この排の買電、あるいは効率の良い自家発電設備に頼ること

ガス熱量を有効利用するために、「余熱（排熱）ボイ

で、回転窯の長期運転を確保するほうが得策とされるラー」を窯尻に設置し発電を行う方法が開発され、ようになってきた。したがって、1970 年代から始ま1910 年代には米国ボイラーメーカーなどが技術を売る「SP（サスペンションプレヒーター）化」の流れり出していた。折しも第一次世界大戦の時期にぶつの中で、「乾式ボイラー付キルン」は次第に姿を消し

かって日本国内への導入が遅れたようだが、1920（大ていった。
「SP 化」による排熱回収については、次章

正 9）年に小野田セメントの小野田工場が設置したのの高度成長期のセメント製造技術の項で取り上げる。

が最初で、その後全国の工場で広く採用されることと乾式ボイラー付キルンの構成図を図 4.2 に、熱収支の例を表 4.2 に示す。

なった。
この方式によって排ガス熱量の 60～70％が回収され、クリンカー1 トン当り 120～150kWh の発電が行

4.2.3

湿式法：スラリーフィルター方式とロングキルン方式 2）3）4）5）6）

われるようになり、原料工程から仕上工程までのキルン 1 系統の所要電力の 90％程度が自給されることと1929（昭和 4）年、浅野セメントが早強セメント製

なって、工場内の動力源も蒸気機関から電力にと変造のために、東京・西多摩工場に湿式法を採用した。

わっていった。

当時の技術水準では、乾式法に比して湿式法は、原料太平洋戦争中および戦後の電力不足の時代にあっての調合・粉砕が容易であり、品質向上の面で乾式法よも、セメント生産は石炭不足にこそ悩んだが、電力のりも優れていた。しかし、焼成熱量では乾式法が有利点についてはほぼ自給可能で比較的順調な生産ができで、湿式法では燃料消費量が 15％位多くなっていた。

たことは、この排熱発電の賜物であった。

しかも、排熱ボイラーによる発電量も少なく、回転窯

しかし戦後復興期も終る昭和 30 年代になると、回単位容積当りのクリンカー焼成量も少なかった。早強

転窯の排熱回収に対する考え方が変化してきた。排熱セメントが「高級セメント」として普通セメントよりを発電に利用する間接的利用よりも、排ガス温度をでも高値で売れるという前提での湿式キルン選択だっきるだけ下げて熱効率を高める方式が、コスト的に有た。

利になってきたのである。ボイラーを回転窯に直結さ湿式法の長所「品質の良いクリンカーが焼ける」とせることは、排ガス中の高熱粉塵のためにボイラー水いう点を生かしながら、その欠点である「燃料消費が

図 4.2
表 4.2

乾式ボイラー付キルン 3）

乾式ボイラー付キルンの熱収支の一例 3）

セメント製造技術の系統化調査

27

高い」
「生産能力が劣る」の克服を図ったのが、「スラリーフィルター付湿式キルン」と「湿式ロングキルン」
であった。
（1）スラリーフィルター付湿式キルン（WFB）
湿式法では、水分蒸発のためクリンカー1kg 当り約2,100kj（500kcal）前後の熱量を消費する。その対策として原料スラリーの水分をフィルターで濾過して減少させる方式が考案された。湿式フィルターは、鉱山関係では早くから使用されていたが、セメント業界では 1925（大正 14）年に米国で採用されたのが最初と

図 4.3

湿式ボイラー付キルンのスラリーフィルター7）される。
小野田セメントが、1932（昭和 7）年、新設の三重

前戦後を通じて 60～80m までのいわゆるショートキ県・藤原工場の回転窯に日本最初の「スラリーフィル

ルンが多かったが、1954（昭和 29）年徳山曹達が徳ター・余熱ボイラー付湿式キルン（WFB）」を設置、山工場にロングキルン（135m）を採用して以来、そ

湿式ながら使用熱量・余熱発電が乾式法に遜色ない成の新設もかなり増えた。ロングキルンでは原料スラ績を出した。以後湿式ではこのフィルター付の形式がリーをそのままキルン内に流し込む。その使用熱量は多く建設された。翌 1933（昭和 8）年、浅野セメント

昭 和 30 年 代 後 半 に は ク リ ン カ ー1kg 当 り 5,440kj

西多摩工場で既設湿式キルンをフィルター付に改造を（1,300kcal）にまで改善されてきて、排ガス温度は行った時の記録として、原料水分をフィルターで濾過

160℃まで低下していた。一方で、余熱発電がないた

して 20％まで減少させたことで、燃料費 15％節減、めボイラーでのトラブルがなく、スラリーを扱うので生産量 20％上昇、発電量も 20％増加したとされてい原料工程も簡素化され、キルン送入原料の均斉度は高る。

く、窯の単独運転による長期運転が可能になって、結果的に他様式に対する競争力が出てくるので、「エコ（2）湿式ロングキルン（W）

ノミカルロングキルン」ともいわれた。

排ガス温度を低下させて熱効率を高める最も簡単な

湿式ロングキルンの構成図を図 4.4 に、熱収支の例

方法は、回転窯を長くすることである。我が国では戦を表 4.3 に示す。また、写真の一例を図 4.5 に示す。

図 4.4
表 4.3

28

国立科学博物館技術の系統化調査報告

湿式ロングキルン 3）

湿式ロングキルンの熱収支の一例 3）

Vol.23 2016. March

200℃くらいに下って、燃料消費が低減される。また回転窯も短くできて、長さは直径の 10～13 倍程度で足りる。レポールキルンが我が国で最初に設置されたのは、1934（昭和 9）年、三河セメント田原工場である。戦後になって、磐城セメント（現・住友大阪セメント）が静岡県浜松に建設した新工場を始め、同社四倉（福島）・栃木・七尾（石川）等のほぼ全工場にレポールキルンを採用したことなどもあり、国内でかなり普及した。その理由としては、使用熱量が 4,200kj/
図 4.5

4.2.4

湿式ロングキルン写真 ( キルン長さ 170m）7）

半湿式法：レポールキルン（L）の採用 2）3）

レポールキルンの革新性は、排ガスの熱回収に史上初めて「プレヒーター（予熱機）」を採用したことでt-cl.（1,000kcal/t-cl.）を切るほどの低さであったことが挙げられる。一方、弱点としては、以下の点が挙げられる。
①原料（粘土）の造粒性が良いことが求められ、工場立地や原料手配に制約がある。

ある。プレヒーターとはキルン排ガスの熱を「伝導」②プレヒーターのグレートは 900～1,000℃という高で原料に直接伝え、原料の仮焼（脱炭酸）を行う装置

温の中で運転するため、大型化すると機械的に無である。発明者レレップ（Lellep・独）とプラント理が生じて故障が多くなり、キルンの大型化が難メーカー・ポリジウス（Polysius・独）の名をとり、しい（1200t/d あたりが最大能力だろうと言われ「レポールキルン」と名付けられた。

る）。

レポールキルン（図 4.6）では、移動するグレート②の理由から、1980 年代から始まる 3,000t/d を超（火格子、図 4.6 では「プレヒーター」と記載）を窯えるような大型 SP・NSP キルンが建設される波の中

尻（回転窯の排ガス出口＝原料送入口）に設け、そので、レポールキルンも日本のセメント業界からは姿を上にペレタイザーで水分 14％程度を加えて粒状とし消した。

た原料を 20㎝くらいの厚さに敷き、排ガスをその上面からグレートを通じて吸引し、ガスが原料層を通過

レポールキルンの構成図を図 4.6 に、熱収支の例を
表 4.4 に示す。

する間に熱交換を行なわせるものである。窯に送入され る 原 料 は 900 ℃ 以 上 に 予 熱 さ れ、 排 ガ ス 温 度 は

図 4.6
表 4.4

レポールキルン 3）

レポールキルン熱収支の一例 3）

セメント製造技術の系統化調査

29

4.2.5き ばい

改良焼成法（生灰焼成法の改良、NCB）：初
めての「国産」製造技術 4）5）8）ようになった。
（注）原石焼成法では、石灰石と粘土類を一緒に粉砕

上述してきたセメント製造法はいずれも、石灰石をするが、生灰法では、生石灰と粘土類は別々にそのまま砕いて粘土と調合し回転窯に送る「原石焼成粉砕し、その後で成分調整・混合を行うので、法」である。これに対し、「生灰焼成法」は、あらか

生石灰粉末と粘土粉末をできるだけ均斉に混合

じめ石灰石を石灰窯で焼いて生石灰にし（仮焼）、こする装置が必要であった。

せんせき

れを粘土と混ぜて回転窯で焼く、という方式である。

ただし、課題の一つであった燃料については、煽石

原石焼成法の場合、使用総熱量の約 50％が、石灰（天然コークス）、無煙炭などを検討したが、供給が不石からの脱炭酸のために消費される。石灰石を熱効率安定と見込まれ、「コークス使用」での実用化に踏みのよい竪窯で生石灰にすれば、理論的には総使用熱量切った。図 4.7 に改良焼成法用石灰窯の一例の写真をが少なくて済む。石灰石に比べて生石灰の方がずっと示す。

軟らかく、粉砕動力も少なくなる。
この生灰焼成法は、1907（明治 40）年、浅野セメントが特許を取得し、同社門司工場に採用した。同じ
容積の回転窯で焼出量（生産量）が増加することから、同社の他の数工場にも横展開したと記録されている 4）。一方で、①原料調合の変動がやや大きい、②石灰を焼く作業に労力を要する、③コークスを必要とする、といった問題点があったと記録されている。結果として浅野セメントでは、昭和年間になってからは、建設する新工場には全て原石焼成法を採用、生灰法は

図 4.7

昭和 20 年代の初め頃には廃止したと報告されている。

改良焼成法用石灰窯 7）

1956（昭和 31）年、当時の小野田セメント社長・

小野田セメントが「改良焼成法」と名付けたこの焼

安藤豊禄（技術系）は、生灰法のもつ有利性、すなわ

成法は、在来の乾式ボイラー付キルン（DB）を改良

ち「熱効率に優れ」、「焼出量が増大する」点に着目、焼成法に転換した場合、同じキルンで約 4 倍の増産が同法のもつ課題を克服してその実用化を試みるよう、達成できた。1959（昭和 34）年から 1961 年にかけて、同社技術陣に命じた。課題としては、上記①②③に加小野田セメントは、同社の藤原、津久見、小野田、大え、④その当時使われていた石灰窯が小型で、セメン船渡工場で、合計 10 基の回転窯を「改良法転換」し、トの大量生産には使えない、いう点もあった。

同社のセメント生産高は、1959 年の 270 万トンから技術陣は、文献調査からテストプラント、ミニプラ

1962 年の 515 万トンへと、わずか 3 年間で約 2 倍にント、小規模現場プラントと、手順を踏んで開発を進増大した（図 4.8）
。改良焼成法への転換の成果であっめた結果、以下のように「コークス使用」以外の問題た。これに伴って同社シェアも高まり、1960 年には点を解決することができた。

一気に 3%-point も上昇した。

①生 石 灰 を 大 量 生 産 で き る 大 型 石 灰 窯（ 竪 窯・350t/d/ 基）の技術開発に成功した。
＊それまでの竪窯では難しかった「窯の隅々まで均等に焼く」ことに成功した。
＊品質の面でも、「生石灰を均一に焼く」ことができるようになった＊石灰窯の運転操作に「オートメーション」を導入、少人数で能率的に運転できるプロセスを開発した。
②生石灰粉末と粘土粉末を混合するためのエアーブ
レンディング方式（空気撹拌混合、4.8 項参照）の採用（日本最初の「連続式」ブレンディング）
で、他のキルン様式に劣らない品質確保ができる

30

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

図 4.8

 良焼成法前後における小野田セメントの生改
産高とシェア 5）しかし、1961（昭和 36）年の貿易自由化で、重油は、4.2.1 でも述べた。このクリンカーの持つ熱量をが安価かつ容易に入手できる「エネルギー革命」が起有効に回収し、回転窯の熱効率を高めようとする努力

きると、既存回転窯の燃料も、石炭から重油への転換がいろいろと続けられてきたが、昭和期になって、プが急速に進んだ（4.9 参照）。そのようなエネルギー環

ラネタリークーラー（planetary cooler）、さらにはエ境の激変の中、竪窯にコークスを使う「改良法」は、

ア ク エ ン チ ン グ ク ー ラ ー（air quenching cooler、

一方でコークスの価格上昇もあり、燃料コスト面で他AQC）が欧米で開発されて我が国に導入され、クリ様式キルンに対して劣位に立たされるようになってき

ンカー持去り熱の回収について大幅な改善がなされた。高価なコークスの代わりに「重油焚き石灰窯」、

た。これら二つの形式はいずれも、クリンカーと空気あるいは「石灰窯燃料に安価なオイルコークス（注 2との熱交換に「熱伝導」を最大限利用することをね参照）をペレットにして使う」などの技術開発の努力らっている。

もそれなりの効果を上げたが、最終的には次章で述べる SP・NSP キルンという大革新技術の登場で、他様以下にクリンカー持去り熱回収技術、すなわちクリ
ンカークーラーの発展を略記する。

式キルンと同様、改良焼成法キルンも昭和 50 年代初め（1970 年代後半）に廃止となった。

4.3.1

回転窯と冷却機の単独設置時代

浅野セメントの特許技術が出発点となって、小野田

初期の回転窯にはクリンカー冷却廃熱を回収・利用

セメントが開発した「改良焼成法」は、明治以来欧米する目的の冷却機はなく、窯から出た高温のクリンからの導入技術に頼ってきた我が国セメント産業の歴

カーを冷却するためだけの装置を、窯の近傍に設けた史の中で、初めての「日本が生んだ製造技術」であり、だけでであった。

1980 年代から花開く様々な「日本生れ」のセメント製造技術、とりわけ NSP キルン開発に先鞭をつけた、

4.3.2

回 転円筒式冷却機を直列させた時代（アンダークーラー式）という点で高く評価できる。技術開発の過程で遭遇した幾多の経済的・技術的困難をなんとか克服できたの回転窯から出た高温クリンカーを、回転窯の下に設は、安藤社長の強いリーダーシップがあったからだと置した回転円筒型の冷却機に落し込む。送風機からのいえる。また、この技術開発を通じて、それまで「機空気は、向流熱交換方式でクリンカーを冷却しながら械・装置のユーザーの立場」だった機械・電気・化学

2 次空気として窯内に吸いこまれていく。クリンカー

工学の技術者たちが、初めて機械・装置の設計段階に持去り熱を 2 次空気として回収することで熱効率は向も関わることになったことが、その後の「日本生れ」

上した。しかし、単一な円筒型で熱交換があまり良くのセメント製造装置の開発につながっていったといえないので、冷却後のクリンカーの温度はまだ 300℃程る。

の高温であった。

小野田セメントはこの改良法開発以来培った技術群

大正 5 年頃から大正末期（1916～1926）に建設されを基に、それらを国内外で販売する目的で、1976（昭た回転窯はこの方法を採用していたが、1960 年代ま和 51）年、エンジニアリング部門を独立させて「小でには廃止された。図 4.9 にアンダークーラーの例を

野田エンジニアリング」（現・太平洋エンジニアリン

示す。

グ）を発足させた。その後、数社が同様の子会社を立ち上げている。

クリンカー持去り熱の回収：エアクエ

4.3 ンチングクーラーの採用

2）3）

ク リ ン カ ー ク ー ラ ー は、 キ ル ン 出 口 端 で 1200～
1300℃ある赤熱クリンカーからの「熱回収」と、その赤熱クリンカーの「速やかな冷却（急冷）」という二つの大きな役割を担っている。
「熱回収」は燃料使用量に、「急冷」すなわち冷却速度はセメントの品質に、それぞれ大きく影響する。

図 4.9 回
 転窯（上）の下に取り付けられたアンダー
クーラー2）

4.3.3

多筒式冷却機（プラネタリークーラー）9）

回転窯の熱効率の悪い理由の一つが、高温で回転窯

10～15 本の冷却筒（lm～2.5m φ、5mL 程度）をキ

から出てくるクリンカーの持去り熱損失であること

ルン出口端に遊星状に装着し、回転窯と一体にして回セメント製造技術の系統化調査

31

転させる型式のクーラーで、クリンカーは冷却筒内で冷却空気と「向流熱交換」される。プラネタリークー
ラーの代表機種である FL スミス社（デンマークのプ述べる。）③出 ロクリンカー温度が 150～200℃であり、AQCに比較して高い。

ラントメーカー）のユナックスクーラーを図 4.10 に

現在ではこの型式のクーラーもほとんど姿を消し示す。この写真は、1972（昭和 47）年に建設されたた。その理由は、1980 年代以降主流になった NSP キ

大型 SP キルン（直径 6m、長さ 100m、4,700t/d）にルンでは、クーラー排ガスのうち、2 次空気としてキ据え付けられたユナックスクーラーで、計 10 本の円ルンに取入れた後の余剰ガスを仮焼炉の燃焼空気に利筒クーラーが遊星状に取付けられている。

用して、一層の熱効率の向上を図るようになったからである（詳細は次章・第 5 章参照）。
4.3.4

エアクエンチングクーラー（AQC）9）

回転窯から排出される赤熱したクリンカーと冷空気（大気）との熱交換を、効率よく行うべく考案された「直交流熱交換」のクーラーである。このクーラーの特徴は、以下の通りである。
①クリンカーを移動させるグレートの下から空気を図 4.10 ユナックスクーラー（秩父セメント熊谷工場）10）

転窯から冷却機に落下するクリンカーが、常温のこの型式のクーラーとしては、1927（昭和 2）年、空気と直接接して急冷される。したがって、高温

浅 野 セ メ ン ト が東京工場の窯を「ユナック ス ク ーの２次空気が得られると同時に、急冷された品質

ラー」に改造したのが我が国最初である。アンダーの良いクリンカーが得られる。クーラーを出るク

クーラーに比べて、冷却効果が良好であったので、そリンカー温度は 100℃前後まで低下する。

の後の戦前期（1940 年代まで）の新設キルンは、ほ②冷却用空気は、2 次空気に必要な空気量よりも多とんどプラネタリークーラーが採用された。ユナック

くなる。余剰の予熱空気は原料乾燥用（乾式の場

ス型のほかに、コーペックス型、窯業社型等があった。

合）に向ける等、セメント生産全体の総所要熱量

いずれも、クリンカーと空気の接触面積を増やすための低減に役立つよう工夫がなされる。とりわけ 5に、冷却機内に鎖を張る、リフターを取付ける等をし章で述べる最も新しいキルン形式「NSP キルン」て、熱効率の向上を図っている。この形式のクーラー

では、この余剰予熱空気を仮焼炉の 2 次空気としの特長は以下の通りである：て利用できるので、NSP キルンの一層の熱効率①高い熱回収効率が得られる。

改善に役立っている。

②次項で述べるエアクエンチングクーラー（AQC）

AQC は戦前から米国で使用されはじめ、戦後欧米に比較して機構が単純であり、運転が容易であに広く普及した。我が国での初めての採用は、1928

る。

（昭和 3）年建設の徳山セメントにおけるＦＬスミス③冷却空気はキルン焼成用 2 次空気に全量使用され社製クーラーとされているが、本格的な普及は太平洋るので、クーラー用の排気風車や集塵機が不要で戦争後の 1951（昭和 26）年、日本セメント（旧・浅ある。

野セメント、現・太平洋セメント）西多摩工場にフ④電力原単位が低い。

ラー型が据え付けられて以降であり、その後は新設窯

一方で、以下のような欠点も指摘されていた：はもちろん、在来のプラネタリークーラーも次々と①多数の重い円筒が回転窯の本体高温部に取り付け

AQC に転換されていき、昭和 30 年代の始めには、日られているので、熱歪・機械歪が避けがたく、故本のセメントキルンの大部分が AQC になった 11）。

障の原因になる。

AQC 形式としては、いずれも開発したプラント②空気全量が 2 次空気になるため冷却空気量としてメーカーの名前が付いたフラー式（米）、アリスチャー

は不足気味になり、クリンカーの冷却速度が徐冷

マー式（米）、FL スミス式、あるいは純国産の川重傾向になりやすく、その場合セメント品質上好ま型（川崎重工製作）および KY 型（窯業社と汽車製造

しくない。（クリンカーの冷却速度と品質の関係

会社の合作）などがある。

については「7.1.2 クリンカー鉱物」の（2）項で32

吹き込み、クリンカーを冷却する。1300℃位で回

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

4.3.5フラー型クーラー12）13）

AQC のなかでもフラー型は大型化に適していて、キルンが SP・NSP になった 1970 年代以降に据え付

昭和初期から昭和 35 年頃までの使用

4.4 熱量改善の推移けられたクーラーは、すべてこの型式になっており、

以 上 述 べ て き た「 回 転 窯 排 ガ ス の 余 熱 活 用 」 と8,000～9,000t/day の処理能力のものまで建設されて「クーラー排ガスの余熱活用」という二つの熱回収効いる。図 4.11 にフラー型エアクエンチングクーラー

果を主に、その他の使用熱量削減の努力を加えて、この構成図を示す。

の期間中の製造様式別吹込総熱量の変化を表 4.5 に示

フラー型クーラーについては、基本的な設計思想はその後も大きな変化はないが、改良は続いている。フ
ラー型クーラーの欠点の一つとして、「赤い川」と呼ばれる「グレート上を赤熱クリンカーが流れる現象」

す。

粉砕と分級：原料工程・仕上工程の能

4.5 力向上があるが、これを防いでグレート焼損による故障休止

前節 4.2 で、回転窯やクーラー、すなわち焼成工程を減少させ、長期連続運転の確保と熱回収効率の向上

が大量生産可能になったことを述べた。中心部の焼成を図る構造上の工夫などが、1990 年代以降もいくつ

工程が大量生産できるためには、前後工程である原料

か開発されてきている。

工程・仕上工程の能力もそれに対応する能力向上が必その一つとして、グレートプレート数枚単位に冷却要になる。以下の節では、原料・仕上両工程に共通す

用空気を専用フアンで供給する機構を備えた「エアーる粉砕・分級装置の昭和初期から昭和 30 年代までのビーム式」のクリンカークーラーが我が国でも普及し技術開発を概観し、続けて原料調合を含む原料工程と

つつある

12）

。この方式では、「エアービーム」はクリ

仕上工程の各論を述べる。

ンカー落下部から 2 次空気回収領域に適用され、熱回収効率が従来方式よりも数ポイント改善される実績を

4.5.1

粉砕 15）

示している。

「粉砕」という操作は，古代エジプトや古代ギリシャ

エアービーム式にはいくつかのタイプがあるが、の壁画などにも挽臼のなどの例が描かれているよう2000 年までの導入実績はキルンへの導入率で 32％とに、操作としては簡単である。しかし、技術の進んだなっており、既設クーラーの更新などを契機に今後も現代の工業的な粉砕機であっても、運転時に消費され普及してゆくと考えられる。

る動力のうち本来の粉砕（固体の破壊）に費やされる

図 4.11

フラー型エアクエンチングクーラー14）

表 4.5

製造様式別吹込総熱量推移 2）

セメント製造技術の系統化調査

33

部分は極めてわずかであって、供給されたエネルギーる。後述する「開回路方式」で使う場合は 3～5 室、の 95％以上が、主に熱エネルギーの形で失われると「閉回路方式」では 2 室のものが多い。

いう、いわば「エネルギー大浪費機械」ともいえる装図 4.12 に、チューブミルの外観（1）、内部断面図

置である。しかし、この事実は一方では、「粉砕工程」（2）、粉砕中のボール・砕料の様子（3）を示す。写真が省エネルギーの面では改善余地の大きい分野だ、とのミルは原料ミル（径 5.6m、6,500kW）であるが、仕もいえる。

上ミルの外観・内部も基本的には同じである。図 4.12

セメント工場で使用される粉砕機には、「チューブ（1）（2）はいずれもミルが大型化した昭和 40 年代以（ボール）ミル」と「竪型ミル（ローラーミル）」とが降の写真・図である。昭和 30 年代までのミルは、形ある。竪型ミルについては、次章・第 5 章で取り上げ状はほぼ同じだが、寸法がずっと小さいものであっる。

た。図 4.13 に戦後昭和 20 年代以降の仕上ミルの大型

チ ュ ー ブ ミ ル は、1892 年 に ダ ビ ッ ド セ ン（M.

化の推移を、また図 4.14（1）に 1932（昭和 7）年据Davidsen・独）が発明した。日本への最初の導入は、付 の 仕 上 ミ ル（ 径 2.47m、 長 さ 14m、637kW）、（2）

浅野セメントが 1899（明治 32）年、原料粉砕用にドに 1950 年代後半（昭和 30 年代）据付の原料ミル（径イツから輸入したもので、（図 3.3 参照）。動力はまだ3m、長さ 10m、975kW）の写真を示す。

蒸気機関であった。工場動力が蒸気から電力に代った（注）チ ューブミルの後室の微粉砕用媒体としては、のは、明治から大正に年号が変わった時期頃からであ1960 年代末頃まで「シルペッブ」も使われた。

る（3.5、4.2.2 参照）。

シルペッブは径 16～25mm φ、長さ 16～35mm

チューブミル第 1 号機の内部がどのようであったかの円筒状の鋼材であった。耐摩耗性の小径ボー

不明であるが、昭和期になってからのチューブミル

ルの普及で使われなくなり、シルペッブの使用は、内部を有孔隔壁で仕切って 2～5 室の多室ミルとがその後の技術発展に及ぼした影響もほとんどし、前室には粗砕用に大径ボールを、後室に行くに見られないので、本稿では詳細の記述は省略す

従って微粉砕用に小径ボールを使用する形になっている。

（1）チューブミル外観 7）（6500kW）（2）チューブミル断面図 15）

図 4.12

図 4.1334

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

チューブミル

仕上ミル動力大型化の推移 3）（3）チ ューブミル粉砕模式図 1）

（1）1932 年設置の仕上ミル（637kW）

図 4.14

4.5.2（2）1950 年代後半設置の原料ミル（975kW）

粉砕機（ミル）大型化の変遷の例示（図 4.12（1）と比較）7）

乾式粉砕（原料粉砕）15）

ムなどを用いているケースもあった。

原料の粉砕方式は、セメント製造様式別からは「湿式粉砕」と「乾式粉砕」、また粉砕プロセス別からは後述する「開回路粉砕」と「閉回路粉砕」がある。

4.5.4

仕上粉砕 3）10）

明治期の仕上粉砕は、フレットミル（図 3.4）が使乾式粉砕の粉砕機には、「チューブミル」と「竪型われていたようである。原料粉砕へのチューブミルのミル（ローラーミル）」とがある。チューブミルの場

採用は、上述のとおり 1899（明治 32）年の浅野セメ

合には①「乾燥と粉砕を別々に行うタイプ（乾燥別粉ントが最初だったが、仕上粉砕へのチューブミルの応砕型）」と、②「原料乾燥と粉砕を同時に行うタイプ

用がいつから始まったのかははっきりしていない。し（乾燥粉砕型）」とがある。①の場合は、粉砕機の前にかし、以下の状況から、原料ミルへの採用後まもなく「原料乾燥機」が置かれる。竪型ミルは日本に導入さ仕上ミルへのチューブミルの採用も始まり、大正年間れた当初から、全て乾燥・粉砕を同時に行うタイプにを通じて次第に普及していったものと推定される。

なっている。昭和 30 年代（1960 年代前半）までの乾

秩父セメントの秩父工場は、大正から昭和に年号が式原料粉砕は「乾燥機前置のチューブミル粉砕」で変わる時期、1925（大正 14）年に完成して操業を開あった。乾燥と粉砕を同時に行う「乾燥粉砕ミル（エ始した。この新工場に設置された仕上ミルはチューブ

アスエプトミル）」と「竪型ミル」については、次のミルで、アリスチャーマーズ社（米）製の長さ 7.32m,

第 5 章で扱う。

680kw、2 室ミルで粉砕量 7.6t/h、その後、1927（昭和 2）年の増設に際しては FL スミス社の長さ 13m・

4.5.3

湿式粉砕（原料粉砕）

3 室・粉砕量 12.6t/h のミルなどを逐次増設したと記

我が国のセメント製造が全て SP・NSP の乾式製造録されている。したがって大正末時点では、仕上粉砕法になる 1975（昭和 50）年頃までは、湿式キルンがもすべてチューブミルが採用されるようになっていた

あ り、 原 料 粉 砕 に「 湿 式 粉 砕 」 も 行 わ れ て い た。

と判断される。

チューブミルに原料と共に水を注入し、得られた水分35％程度のスラリーはポンプで輸送される。
湿式粉砕は、粒子の分散が良く動力消費も少ないな
どの長所がある。また後の工程で原料のホモジナイジ
ング（均斉化）を行いやすいという利点があり、その利点ゆえに、日本で最初の湿式キルンの採用は、1929

当時の仕上粉砕工程はほとんどが開回路だったようである。仕上工程に閉回路粉砕方式が本格的に採用されるのは、昭和 30 年代（1955 年以降）からである。

4.6 分級／開回路粉砕・閉回路粉砕

12）（昭和 4）年、浅野セメントが品質レベルの高い「早「分級」とは、連続的な特性変化のある固体粒子を、

強セメント」を製造するためであった（4.2.3 参照）。

ある特性値を境として分離する操作をいい、セメント

一方で、粉砕媒体の摩耗速度は、乾式に比べはるか

工業の場合はこの特性値が「粒子径」である。分級をに大きくなる。なお，湿式粉砕においても、スラリーする装置を「分級機（セパレーター）」といい、次の 4.7

水分はできるだけ少ないほうが後の工程で有利なので述べる。

で、ポンプ輸送が可能な範囲でできるだけ水分を減ら

乾式粉砕では、分級媒体として空気を用いた「乾式すために、減水剤としてリグニンスルホン酸カルシウ

分級」がなされる。湿式粉砕では、ミル内のボール面

セメント製造技術の系統化調査

35

が常にスラリーで洗われているために、ボール面にる。

コーティングが生成しないこと、および湿式セパレー
ターに適当なものがないことから、多くの場合、分級

4.7.1

ゲ ーコ型およびスターテバント型エアセパ
レーター

工程は付加されていなかった。
粉砕工程の構成としては、粉砕機だけの「開回路粉

日本では、ゲーコ型は大正時代から使われ始め、ス

砕」と、粉砕機と分級機を組み合わせた「閉回路粉砕」

ターテバント型（一軸型）は 1955（昭和 30）年頃かがある（図 4.15）。

ら急速に普及した。ゲーコ型とスターテバント一軸型とは、基本的な構造および操作はほとんど同じであり、違いは原料の送入方法である。ゲーコ型は主翼・補助翼・散布板が取り付けられている縦軸が中空になっていて、そこを通じて原料は散布板に落ちる。ス
ターテバントでは、原料は縦軸外周の固定シュートを図 4.15開回路粉砕と閉回路粉砕 3）

開回路粉砕（Open circuit grinding）は、粉砕機の一方から原料を送入して、他の端から製品を取出す最も簡単な方式である。したがって、設備は割安となる

通って散布板に供給される。縦軸は中空にはなっていない。スターテバント一軸型は、分級性能やメインテ
ナンス面でのゲーコ型の改良版と言える。
図 4.16 に ゲ ー コ 型 セ パ レ ー タ ー を、 図 4.17 に ス
ターテバント型セパレーターを示す。

が、製品の粒度調整がむずかしい。一方、閉回路粉砕（Closed circuit grinding）は、一旦粉砕したものを分級し、粗粒を再び粉砕機に戻す方式で、粒度分布の調整がある程度自由であり、過粉砕を避けることによって、粉砕能力ならびに粉砕効率が向上できるなどの利点があるが、それだけ設備費は増加し、また上屋も大きなスペースが必要となる。

4.7 分級機（エアセパレーター）

16）

閉回路方式の乾式粉砕では、粉砕効率と得られる製図 4.16

ゲーコ型セパレーター16）

品の品質は、セパレーターの分級性能に負うところが大きい。
分級機は、固体粒子群が受けている外力、たとえば
重力、遠心力などと、固体粒子が流体中を運動することによって受ける流体抵抗とのつりあい関係が、それぞれの粒子径、密度によって相異することを利用して、各粒子部に分離する機械である。
セメント工場で使用されているセパレーターは、分級媒体が空気であることから「エアセパレーター」に分類され、「渦流型セパレーター」が発明される 1979
（昭和 54）年までは、以下の三つの型式が原料工程・仕上工程ともに使われてきた。いずれも遠心力による

図 4.17

スターテバント型セパレーター16）

分離を主体とした型式である。
①ゲーコ型エアセパレーター②スターテバント型エアセパレーター（一軸駆動方式、二軸駆動方式）

36

ゲーコ型やスターテバント一軸型では、運転中に精粉粉末度を調節できるのは、コントロールバルブの開口面積を増減することだけである。したがって、原料③サイクロンエアセパレーターの被粉砕性が大きく変わった場合など、コントロール

なお、渦流型セパレーターについては 5.5.4 で述べバルブ開度の変更だけでは粉末度の調節が困難になっ国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

たときには、機械の運転を停止して補助翼の枚数の増

原料は上部シュートから入り、散布板から与えられ減などを行なわなければならない。しかも所要の精粉る遠心力により、旋回上昇気流中に散布される。粗粒

粉末度、分級効率を得るためには、時には 10 回以上は遠心力および重力の影響をより強く受け、そのままにわたって同じ調整作業を繰り返すことが必要とさ沈降するかまたは側壁に達し、失速して内部バッフル

れ、相当の時間と労力を費やすことになる。また、主まで落下する。ここで上下 2 段に設けられたガイド

軸回転数を上げて補助翼の遠心力を増加させ精粉粉末

ベーンを通って流入する循環気流の作用を再び受け、度を細かくしようとすると、同じ主軸に取り付けられ粗粉中に混入している微粉は旋回上昇気流に乗って再たメインブレードの風量が 2 乗で増加し，ガイドベー

び上昇し，粗粉はそのまま落下して戻り粉となる。

ンを通して入ってくる上昇気流が増加して相反する働

微粉は気流中に散布されると、上昇気流に乗って上きをするために、主軸回転数増加の効果が減殺されて昇する。そして翼板の分級作用を受ける。微粉中に混しまう。

入している粗粒分は、翼板によって与えられる遠心力

1972（昭和 47）年に登場した二軸駆動方式セパレー

により側壁まで飛ばされ失速して落下する。粗粉分をターは、一軸型のもつ上記欠陥を修正し、機械の運転分離された微粉はさら上昇して排気筒に達し、旋回方を休止せずに補助翼の回転数を変えて精粉粉末分離粒向に配列されたサイクロンに導かれて気流中から分離度を調節するようにしたものである。次項で述べるサ

捕集され精粉となる。サイクロンで微粉を分離した循

イクロンセパレーターに対抗して開発されたと思われ

環空気はサイクロン上部に設けられた集気ダクトに導るが、ほとんど普及しなかったので詳細は省略する。

かれ、ファンを経て中部ケーシングに入りセパレー
ター内を循環する。

4.7.2

サイクロン型エアセパレーター

サイクロン型セパレーターは、1962（昭和 37）年

本体分級筒の周囲に 6～8 個のサイクロンを設置し、にドイツのプラントメーカー・ベダーグ社が開発しファンは独立して外部に設置されており、これらの間た。我が国最初の導入は、1966（昭和 41）年の秩父を風管（ダクト）で接続したもので、ゲーコ・スター

セメント（現・太平洋セメント）第 2 工場と記録されテバント両セパレーターと比べて基本的な分級の仕組ている。

みについては特に変わりはない。
しかしこのサイクロン型セパレーターは、分級用の循環空気のファンと粉体分散用の電動機が機械的に完

原料混合貯蔵設備：エアブレンディン

4.8 グサイロの登場、流れは乾式法へ

3）17）

全に分れているので、運転中の分級点の調節が容易で

原料ミル仕上り粉（精粉）は、ミル供給量を一定にあり、また装置の大型化に適しているので、昭和 40

していても原料の成分の変動が大きいため、そのまま

年代（1960 年代後半）以降の新設セパレーターは原キルンに送ることができない。成分変動をできるだけ料工程も仕上工程もほとんどがこの型式になっていっ

小さくするため、窯送り粉末原料の混合装置が必要で

た。

ある。

図 4.18 にサイクロン型セパレーターを示す。

湿式ではスラリータンク、スラリーベースンにより比較的簡単に均一混合が可能である。一方、乾式の場
合、均一混合の操作は非常に難しく、例えば調整タン
クと呼ばれる小タンク群にミル仕上り粉を分散投入
し、引出しは 3～4 本のタンクから同時に行う、などの操作を行っても、窯入成分変動をなかなか小さくできなかった。
このような理由から、「エアブレンディング」方式が出現する以前は、大規模な原料調合には湿式が優れて い た の で、 セ メ ン ト 各 社 い ず れ も 湿 式 の 全 盛 期（4.2.3 参照）があったのである。
しかしながら、1934 年、ポリジウス社（Polysius、
独）によって「エアブレンディング（air blending）」
装置が開発され、乾式原料の均斉化混合が、湿式と同図 4.18サイクロン型セパレーター

16）

等ないしそれ以上のレベルで可能になってきた。そう

セメント製造技術の系統化調査

37なると、乾式法は使用熱量が少なく、プロセスの大型化が容易であり、湿式法にとって代わる時代となった。
エアブレンディング方式には、回分式ブレンディン
グ（バッチ式）と連続ブレンディングがある。回分式
は、複数基のブレンディングタンクを交互に使用して調合を行い、目標成分の範囲に入ったものをストレー
ジ（貯蔵）サイロに落し、不合格のものについては、別に用意しておいた補正用粉で補正してからストレー
ジサイロに落す方式をいう。この場合、補正の計算は比較的簡単なので、手計算でも調合が可能である。
一方、連続式ブレンディングは、仕上り粉を一定時間間隔で採取・分析し、目標からのずれの補正を計算
して、CFW（Constant Feed Weigher：自動定量供給機）をセットしなおして目標と合わせる方式である。昭和 40（1965）年代以降、原料の連続分析装置と連動したコンピューター制御が発達すると、連続式の威力が発揮されて、以後のブレンディングサイロは
すべて連続式になった。

図 4.20

フラー社エアブレンディングサイロ 17）

このサイロの底部は出口側に向かってわずかに傾斜しており、底部全面にエアレーションユニットが配置

エアブレンディング装置の基本構成を図 4.19 に示されている。各々のエアレーションユニットの空気配す。エアブレンディングサイロの基本的な仕組みは、

管は，サイロ底を 4 等分して、1 区画毎に独立して空以下の通りである。

気を供給できるようになっている。この仕組みを使っ①サイロ底部に付設した「散気盤」を通じて高圧空気をサイロ内部に吹込み、②サイロ内の粉体を吹き上げて混合（エアレーション）する。

て「サイクリング運転」が行われる。すなわち、サイロ内のある１区画のエアレーションユニットに低圧の空気を送り粉体のエアレート（空気浮遊）を促した後に、高圧の空気を送り込み、同時に他の 3 区画へ低圧の空気を送る。一定時間経過後、高圧空気を隣接の区画に切換えて，順次 4 区画が高圧の空気の供給を受けるような運転を行う。高圧空気の供給を受けた区画においては、エアレートされた粉体は容積を増すと同時に持ち上げられ、そのレベルが低圧空気の供給を受けている他の３つの区画のレベルを越え、高圧部の粉体は低レベルの方へ流動し始める。サイクリング運転によって，粉体はその高レベルの位置を変え、上下左右に巻き返し撹拌される。この切り換え時間は，通常

図 4.19エアブレンディング装置の基本構成 17）

散気盤の配置やエアレーションの方法の違いなど

10～20 分で、粉体は 40 分～2 時間で完全に混合する。
また高圧は定圧ではなく、周期的な脈動（pulsation）
を与える装置が採用されている。

で、いくつかの型式が発表されている。日本国内へのエアブレンディング装置も、セメント製造技術史上導入は 1957（昭和 32）年の麻生セメント（バッチ式）の画期的な技術開発の一つである。この装置によっが最初、連続式は 1959（昭和 34）年の小野田セメンて、乾式法でも湿式法と同等ないしそれを上回る「窯トが最初である。

送り原料の均斉性」を得られることになり、湿式法の代表的なフラー社（米）型連続式エアブレンディン

有していた「原料の均斉化に優れ、良い品質のセメン

グ「フラー四分法ブレンディング（Fuller Quadrant

トができる」優位性が失われ、1965（昭和 40）年以Blending）の仕組みを以下に記す（図 4.20）。

降建設されるキルンはすべて、熱効率が良く大型化にも有利な乾式法になった。現在では、国内にはポルト

38

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchランドセメント製造用の湿式キルンはなくなった。

4.9 燃料の変遷 石炭→重油→石炭

2）4）5）

セメント産業は「燃料多消費産業」である。セメン
ト製造のための燃料は、明治草創期 1870 年代の竪窯4.10 セメント品種多様化のはじまり

2）

1873（明治 6）年、東京・深川の官営セメント工場において初めてポルトランドセメントが誕生したが、これが我が国における「普通ポルトランドセメント」（普通セメント・普通品）の起源である。

以来、昭和 30 年代初め（1960 年頃）までの約 90 年間、その後の明治期は、このポルトランドセメントの品

ほとんどすべてが国内産の石炭であった。資源小国の質改良、製造方法の改善に没頭した時代で、品種の多

日本にあって、セメント産業は「原料・燃料すべてが様化はまだ見られなかった。しかし、やがてこの「普国内で調達できる」珍しい貴重な産業だったといえ通」セメントの品質特性値・機能の一層の強化などをる。また石炭は、通常の燃焼炉では灰の処理が悩まし目的に、品種の多様化が始まった。品種の多様化は主い問題であるが、セメント焼成炉では石炭灰はそのまに以下の二つの方向で進んで行く。

まセメント原料の一部となるので、灰処理の問題が生
じないという点でも好都合な燃料である。
そのようななか、1951～52 年（昭和 26～27 年）における数度の炭鉱労働者のストライキによる石炭入手①ポルトランドセメントの化学成分などの調製で目的を達成する。
②ポルトランドセメントに他の混合物を添加することで目的を達成する（混合セメント）。

難を契機に、セメント業界は重油焼成に関心を持ち始

これら「多様化されたセメント品種」については第め、1951 年末に宇部興産が重油焼成を始めたのを皮8 章で詳述する。本節では、この多様化・分化の流れ

切りに、各社は徐々に石炭を重油に切り替えていっが、昭和初期から始まった状況について述べる。

た。しかし、国際収支悪化による 1955 年の重油消費

1900（明治 32）年に小野田セメントは、日本で初規制や 1956 年のスエズ動乱などの影響で、重油の供めて「混合セメント」を製造し、佐世保軍港船渠用に給にも不安定感があり、価格も石炭に比べ若干割高で納入した。この混合セメントは、セメントに化学的抵あったので、この傾向は一時停滞した。しかしその抗性を付与するため、セメントと火山灰を 3：1（重後、セメントの大量生産に伴う燃料需要の増加と貿易量比）に混合したもので、その後に登場する高炉セメ

自由化による重油価格の下落で、1960 年（昭和 35）

ント、シリカセメント等と同一効果をねらう「混合セ年以降重油への転換が急速に進んだ。

メントの元祖」と称さるべきものであった（混合セメ

ところが、1973（昭和 48）年のいわゆる「オイルショック」で、重油の供給不安と価格急騰に見舞われ、ントおよびその品質改善効果については第 8 章で述べる）。

さらには 1978（昭和 53）年のイラン革命に伴う「第その後、1913（大正 2）年、八幡製鉄が高炉水滓を

2 次石油危機」で再び供給不安と価格上昇に直面し、混合した「高炉セメント」を製造した。これは、高炉

セメント業界では「石炭回帰」の動きが急速に広まっ

での製銑過程で出てくる高炉スラグ（鉱滓）を有効活た。以前の石炭設備は既に廃棄されており、また国内用しようとする試みであり、同時に小野田セメントの石炭産業はほぼ消滅していたので、効率が良く安全性

火山灰混合セメントと同様、普通ポルトランドセメンにも十分配慮した新設の石炭設備で、輸入炭による石トの品質を改善しようとする試みでもあった。

炭焼成の再開となった。第 2 次石油危機からわずか 21916（大正 5）年には、小野田セメントが「白色ポ

年後の 1980（昭和 55）年末には、業界全体の石炭転

ルトランドセメント」の製造に乗り出し、当時の建築換率が 72％に達したと報告されている。

学界の注目を集めた。この白色セメントはその後も今

その後、現在に至るまで、輸入石炭がセメント焼成

日まで引き続き製造され、品質も漸次改善されて、彫燃料の主体をなしているが、一方で、1980 年代以降、

刻用あるいは塗装用のみならず、構造用コンクリート

古タイヤ、廃油、廃プラスチック、廃木材、さらにはとしても十分使用にたえる品質のものとなっている。

都市ごみまで、「廃棄物の燃料化」も積極的に進めら

昭和期に入って、コンクリートの応用・利用分野のれてきている。この点については、第 9 章で詳述す

広がりに応じて、需要家からも用途に応じたセメントる。

の出現を要求する声が高まり、一方でセメント工業
は、既述の通り各種の新式製造設備が相次いで導入され、またセメントに関する化学的研究も進展し（第 7セメント製造技術の系統化調査

39

章に詳述）、需要家からの様々な要望への対応力も増してきて、セメント品種の多様化が進展しはじめた。
1929（昭和 4）年、浅野セメントは「早強ポルトラ
ンドセメント」の製造に着手し、「高級ポルトランド

ト」が 25％となっている 18）。

セメント工場の公害問題の発生→集塵

4.11 機の設置

セメント」あるいは「アサノベロセメント」の名称でセメント工場は、製造装置が粉砕機、焼成炉（回転販売を開始した。他社も続いて「微細」または「高級」

窯）、送風機（ファン）などで構成されているので、ポルトランドセメントと銘打って、同様のセメントの粉塵・煤塵（注 3 参照）・騒音などの公害問題・環境製造を始めた。これらはいずれも早期に高強度を発現問題への取組みは避けて通れない課題である。

できるよう品質改善を行ったものである。
さらに 1934（昭和 9）年に、浅野セメントは低熱お40

4.11.1

公害問題の発生 4）6）

よび中庸熱ポルトランドセメントの製造に成功し、我が国のセメント会社で、近隣住民との間に「深刻「アサノマスコンセメント」の商品名で販売を開始しな形での公害問題」が持ち上がったのは、浅野セメン

た。これは、水和熱（7.3 参照）を少なくするため、トの深川工場（東京）が最初であった。以下、「日本

セメントの化学成分に工夫を加えたもので、ダム・堰

セメント百年史」4）の文章を要約・引用する形で述べ堤工事等に使用されるようになった。

る。

以上、「白色」「早強」「中庸熱」など、ポルトラン

1885（明治 18）年ころ、深川区民の間にセメン

ドセメントの品種の多様化については、第 8 章で詳述

ト工場からの降灰に対する苦情の声がたかまってきする。

たので、警視総監（筆者注：85 年 12 月まで大迫貞各種の「混合セメント」の製造も昭和期に入って本清、以降は三島通庸）は工部大学助教授で警視庁技格化してきた。前記の高炉セメントは、新たに浅野セ

手の曾根達蔵に命じて、浅野工場の煙害除去方法にメントが系列の鶴見製鉄社（現・デイ・シイ）で製造

ついて調査させた。結局、宇都宮三郎（筆者注：2.3を開始した。またシリカセメントは、1935～37（昭和参照）が「煤煙は不可避、人体には無害」論を主張

10～12）年になって数社が、シリカセメント、珪酸セ

し、警視庁当局の住民説得の努力によって、深川工メントあるいは金剛セメント等の商品名をもって製場の降灰は、その時はたいした社会問題とならずに造・販売を始めた。これらはいずれも高炉セメントと済んだ。その後、竪窯に装入する原料を煉瓦状に固同様、セメントに化学的抵抗性を付与するもので、主める方法の採用で降灰も減少、降灰問題はしばらくとして護岸工事に使用された。

の間、解消したかの感があった。

太平洋戦争は品種多様化の大きな障害となった。早1903（明治 36）年、深川工場で我が国最初の回強・中庸熱セメント等の高級セメントは、石炭品位の転窯が稼働し、製造方法に一大革命がもたらされる

低下、あるいは製造用資材の欠乏のため製造不能とに至り、降灰問題は再燃の兆しをみせ始めた。回転なった。一方、石炭および諸資材の節約となる高炉セ窯を導入した当初は原石焼成法によっていたので、

メント、シリカセメントが増産され、一時は全生産高

まだそれほどではなかった。しかし生灰焼成法に転の 1/3 に達した。またセメント使用の合理化が要請さ換するとともに、回転窯をつぎつぎに増設し、連続れたため、「雑用セメント」「塗装用セメント」等の強焼成によって生産高が急増した結果、外部に飛散す

度の低い非構造用セメントも製造された。

る降灰量も増加した。

戦後、1950（昭和 25）年、セメントに対する統制

1907（明治 40）年頃になると、問題が再び表面が解除となり、自由製造販売体制に復帰すると、早強化して、工場付近には深川青年団が組織され、当局

セメントおよび中庸熟セメントの製造も復活した。そに陳情し会社に抗議するなどして、会社と住民とのの後今日まで、セメント化学理論の発達と近代製造設

対立関係は 1910～11（明治 43～44）年ころには険備の設置にともない、セメントの機能分化による品種

悪な情勢となった。当局の斡旋もあって、1911（明多様化はますます進行してきている。現在のセメント

治 44）年 3 月、会社は「5 年後（1916 年末）まで

品種多様化の状況については、第 8 章で詳述する。たに深川工場を撤廃する」旨、区民側に約束した。代だし、現在でも、市販セメントの 68％が「普通ポル

替地を川崎に選定し、新工場の建設を急いだが、第トランドセメント」であり、早強・中庸熱・低熱・耐1 次世界大戦に遭遇し、諸資材の入手難に加え注文

硫酸塩などを含めた「ポルトランドセメント全体」で諸機械の到着が遅延したので、深川工場の撤廃期限

約 75％、高炉セメントをはじめとした「混合セメン

は区民側の同意を得て 1 年延長された。

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

1 年延期は認められたものの、深川工場の撤廃はもはや不可避の情勢にあった。ところが、幸運なこ

制法）」であり、それまでは上記のような状況は「法律違反」の状態ではなかった。

とに、ちょうどこの時期に、米国で「コットレル式

1968（昭和 43）年に「大気汚染防止法」が制定され、電気集じん装置」が成功している、との情報が得ら

さらに 1970（昭和 45）年のいわゆる公害国会と呼ばれた。このコットレル式電気集塵法は、1824 年にれた第 64 回国会において、大気汚染防止法の大幅なドイツで原理が発見されたものを、米国の化学者

改正や騒音規制法の制定があって、セメント工場は公

コットレル（Fredrich Gardner Cottrell）が工場設害防止対策に厳しい対応を迫られることになった。こ

備に応用できるように案出した方法である。

れらの法律およびその後の法改正を通じて、五感に感1916（大正 5）年、浅野セメントは、特許権，機じる公害だけではなく、窒素酸化物・硫黄酸化物、あ械設備その他一切を米国から直接購入することに決

るいはセメント中に含まれる重金属など、法的に一層定した。翌 1917 年、集塵装置の諸機械が到着、米広い範囲の「環境規制」がかかるようになってきた。

人技師指導のもとに、昼夜兼行で据付け工事を完

これらについては第 6 章で述べる。

成、同年末には回転窯 4 基の集塵装置が完全に機能を発揮することが確認された。社長をはじめ会社幹

以下に、セメント工場で主として用いられている集塵機 2 種について簡単に触れておく。

部と深川青年団、同区民代表者が協議し、区民側も集塵装置の効果が極めて大きいことを認めて、ついに工場撤廃の要求を撤回した。ここに深川工場の降4.11.3

電気集塵機 19）

上記で触れた「コットレル型」（図 4.21）が代表機

灰問題は円満に解決した。

種で、メーカーによって他にいくつかの機種がある

以上が、「日本セメント百年史」に書かれている「深が、基本原理は同じである。

川工場の降灰問題」の要約引用であるが、この一件が、我が国のセメント工場へのコットレル集塵機（4.11.3
参照）導入の最初であり、以後、浅野セメントの工場はもちろん、国内のセメント工場に電気集塵機の採用が広がっていった。ちなみに、小野田セメントでは1933（昭和 8）年に岡山県・阿哲工場に最初に設置、磐城セメント（現・住友大阪セメント）では 1927（昭和 2）年に福島県・四倉工場が最初、また 1925（大正 14）年に操業を開始した秩父セメント工場では、当初からコットレル設置と記録されている。
4.11.2

環境関係法令の整備、規制強化

昭和 30 年代（1960 年代中頃）までは、セメント工

図 4.21

コットレル集塵機 7）

場の公害問題・環境問題は、煤塵・粉塵・騒音といっ

電気集塵機の原理は、放電極と集塵極とで構成された「五感に感じる」問題が主であった。これらの「公る電界の中に排ガスを導き、陰極コロナによって発生害」対策については、技術的には集塵機や防音装置なするマイナスイオンを排ガス中に浮遊する粒子に付どの軽減策・抑制策があり、ほとんどの工場で、地域

着・帯電させ、この帯電粒子を電界作用で集塵極上に

住民との間に大きな問題を生じることなく操業が行わ

分離捕集するものである。

れていた。ただし、それはセメント工場からの煤塵・

電気集塵機の主な長所としては、①集じん率が高い

粉塵・騒音がゼロだったということではなく、セメン（90％以上）、②低圧力損失である（10～20mmAq）、

ト工場の周囲では、民家の屋根は永年の間に降り積③低電力消費である、④保守が簡単、⑤高温ガスの処もったダストで真っ白、というのがいわば「当たり前

理が可能、などであり、短所としては、①設備費が高の風景」であった。地域住民が「仕事を与えてくれる

い、②設置面積が大きい、③排気ガスの成分によって工場だから仕方がないこと」と、一応の納得をしていは内部腐食や集塵が不安定化する、などがある。このたことが背景にあったと思われる。なお、日本で最初

ような長所・短所を踏まえ、セメント工場では主に、の大気汚染に関する法律は、1962（昭和 37）年に制

焼成工程の基幹部分であるキルンおよびクリンカー

定の「ばい煙の排出の規制等に関する法律（ばい煙規

クーラーの排ガス処理に使われてきた。しかし次項でセメント製造技術の系統化調査

41

述べるように、主として短所③の理由から、2000 年

速に進んだ。現在ではセメント工場から出荷されるセ代以降、キルン排ガス処理にもバッグフィルターの使

メントの 97％がバラ出荷となっている。

用が広がってきている。

以下にセメント出荷形態の変遷と、バラ出荷がセメ
ント産業全体に与えた大きな影響について述べる。

4.11.4

バッグフィルター

19）

セメント工場の集塵機としては、電気集塵機と並ん樽出荷から麻袋へ

で、バッグフィルターも広範囲に使われている。バッ

セ メ ン ト 産 業 草 創 期 に 販 売 容 器 と し て 使 われ た

グフィルターの原理は、家庭用電気掃除機のバッグ「樽」は、セメント製造技術とともに西欧から移入さフィルターと同じである。小型な装置も可能で局所集れたものである。日本の伝統的な「樽」は、酒・味塵に適し集塵効率も高いが、一方で、繊維質バッグを

噌・醤油の樽として今も使われている「桶に蓋をした

使う関係上、高温・高湿の気体処理には向かないとさ形」の樽であるのに対し、セメント用の樽は「洋樽」

れ、主に粉砕系統や輸送機系統などの集塵に使われて（ウイスキー・ビールの樽と同じ形状、図 2.10 参照）

きた。

であった。そのようなことから、当初は桶職人にセメ

2000 年代に入って、多種・多量のリサイクル資源

ント樽を作らせた。杉の割板に竹の輪をかけた樽に、が原燃料として使用されるようになり、セメント工場

人手でセメントを詰めていたようである。小野田セメのキルン排気ガスの処理には、従来からの電気集塵機

ン ト の 記 録 で は、 創 業 か ら 約 10 年 後 の 1894（ 明（EP・コットレル）では安定運転阻害や劣化等の問題

治 27）年には製樽作業に機械が導入され、遅くともが発生しがちになってきた。一方で、焼成技術や排熱

明治 30 年前後には樽詰機が使われはじめていたよう利用の発達でキルン排ガスの温度が低下かつ安定してである。また、セメントの取引上の重量単位としてきたことや、耐熱性繊維の発達もあってバッグフィル

は、1880（明治 13）年に官営工場が「ポンド建て」

ターの耐熱性が向上し、キルン排ガス集塵にもバッグとした。

フィルターを採用する動きが始まってきている（6.1.3

4.12

小野田や浅野工場の創業時（1883・明治 16 年頃）
は、1 樽 400 ポンド（181㎏）であったが、1901（明参照）。

セメント出荷形態の変遷：樽→袋→バラ出
荷→セメントの流通革命 4）5）10）

明治時代の日本のセメント産業の草創期、工場から

治 34）年 1 樽 380 ポンド（172㎏）に業界で統一がなされた。しかし、牛馬や人の背で運ぶために、半樽とか 4 分の 1 樽なども、客の求めに応じて製作出荷していた。

出荷されるセメントはすべて「樽詰め」であった。大木製の樽は密閉容器として転がして運ぶこともでき

正時代になる頃（1912 年頃）から「麻袋」の使用がて、重宝ではあったが、乾燥不十分な木材を使うと、始まり、大正から昭和に代る（1920 年代半ば）頃か

収縮して中身が漏れ出すような問題や、樽の使用量がら「紙袋」の使用が始まった。
「樽詰め」と「麻袋」

増加してくると、用材（木材）の手配に難儀するようは昭和 10 年代中頃（1940 年頃）には廃止された。

な課題もあった。

明治期の「樽詰」セメントは、主に牛馬車や機帆船

1898（明治 31）年、小野田セメントが我が国で初で需要家に届けられた。大正時代以降、牛馬車がトめて麻袋（152 ポンド、69㎏）による試用出荷を開始

ラックや鉄道に代り、樽が麻袋や紙袋に代っても、こしたが、袋の規格もなく、砂糖・肥料・小麦粉などのの「セメントを包装して運ぶ」輸送形態は、1950 年

古袋を代用するなど、明治末年までは補助的な利用の代半ば（昭和 20 年代末）まで約 80 年間、ほとんど変段階を脱しなかった。1911（明治 44）年、同社が「三化はなかった。

分の一袋」（127 ポンド＝58㎏、1 樽の 1/3 の意）の麻1936（昭和 11）年、宇部興産は、日本で最初のセメントタンカー船（バラセメントの積込・荷揚設備を

42

4.12.1袋を標準化し、以降このサイズの袋が広く使われるようになった。

備えた専用船）によるバラ輸送を開始した。
「バラ輸

1914（大正 3）年、第 1 次大戦が始まると、木材価送」とは、セメントを袋などの容器に入れず、粉体の格が急騰して樽製造が困難になり、麻袋の使用が拡大まま輸送することをいう。しかし、その後の約 20 年された。1921（大正 10）年、麻袋入りセメントは 127

間は、業界全体としてのバラ出荷への大きな移行はな

ポンド（58㎏）と 95 ポンド（1 樽の 1/4、43㎏）の 2

かった。1954（昭和 29）年前後から、貨車・トラッ種とされ、1924（大正 13）年には、メートル法を採ク・船を使ってのセメントのバラ出荷が各社の間で急用して、麻袋入り正味 50㎏、樽入り正味 170㎏とする

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

ことを、セメント業界で決議した。

化していった。このセメント出荷・流通の「バラ化」
は、単に出荷形態の変化にとどまらず、セメント流通

4.12.2樽・麻袋から紙袋へ

形態の大変革、さらに言えば次章・第 5 章で詳述する「樽」「麻袋」については、使用後は客先から回収す「セメント産業の構造改革」を促す大きな要因の一つるのを基本としていたが、当然のことながら、手間もとなっていった。

コストもかかる。そこで、セメント各社が「使い捨て」

セメント会社にこの「バラ化」を促した主な要因はの紙袋の使用を開始したのは、年号が大正から昭和に

以下の 3 つである。

代る時期（1926～27 年）からである。

（1）セメント会社自体の「輸送コスト削減」の努力

日本で最初に紙袋を採用したのは、秩父セメントの（2）建設現場での「生コンクリート（Ready mixed

操業開始の時、1925（大正 14）年とされている。同

concrete）」（注 4 参照）の利用の普及。

社が新工場用に米国に紙袋用袋詰機を注文したとこ（3）コンクリート製品産業（注 5 参照）の成長

ろ、紙袋 4 千枚がおまけに付いてきた。それが「クラ「バラ化」による輸送コスト削減は需要家側にもメ

フト紙 4 層重ね」の袋で、以後昭和 40 年代まで同種

リットが大きいため、需要家側もバラ化対応の設備改の紙袋が使われた、とのことである

10）。そのような善などを積極的に推進、「バラ化」は急速に進展した。

経緯から、紙袋へセメントを詰める作業（パッキング）
は、紙袋導入当初から袋詰機（パッカー）が採用され（1）輸送コスト削減のための「バラ化」2）ていた。紙袋を作業者がパッカーにはめ込むと、セメ

セメントは商品として、①重くかつ嵩高であり、②ントが自動的に袋に詰められ、所定の重量になると自長期の保存がきかず、③運賃負担力が弱い、という特動的にセメントの供給が停止され、輸送用コンベアに性がある。さらに、我が国のセメント工場の大部分は落ちる仕組みになっている（図 4.22）。

原料立地工場であるため、需要地である大都市圏へのセメント輸送にはかなりの経費がかかる。このような事情から、セメントの販売原価のうちかなりのウェイ
トを流通コストが占めている。したがって、輸送面の手段・方法において改善・合理化を図り、輸送費の軽減を図ることは、セメント会社にとって非常に重要な課題といえる。
セメントの輸送機関別出荷は、戦前は貨車・船舶
各々40％、トラックその他が 20％であった。ところが終戦直後は、船舶不足から船運賃が割高となったため貨車輸送が急増し、1945（昭和 20）年には、鉄道

図 4.22

紙袋用袋詰機（パッカー）7）

63％、海送 20％、その他 17％となった。ついで 1952
～53（昭和 27～28）年の朝鮮動乱の時期には、国内

紙袋 1 袋のセメント重量は当初から約 50 年間正味

産業界の活況により貨物輸送量が激増し、海陸ともに50㎏であったが、その後、左官業界などユーザー側か輸送逼迫の時代を迎えた。さらに 1957（昭和 32）年

らの要望を受けて、1971（昭和 46）年に 40㎏に、さの神武景気とうたわれた好況時にもふたたび輸送困難

らに 1996（平成 8）年に 25㎏に軽量化された。

をきたし、鉄道運賃の値上り、海上運賃の急騰を招き、昭和初期の紙袋採用から次項で述べる「バラ化」が輸送事情は最悪の状態となった。

本格的に始まるまでの約 30 年間は、工場からの出荷

このような輸送の隘路を打開すべく登場したのが、セメントの 90％以上が紙袋詰めで出荷されていた。

セメントのバラ輸送体制である。セメント会社自身で紙袋による出荷は今日も続けられているが、紙袋で流バラ輸送施設を整備し、セメント輸送を自社運営する

通するセメント量は全体の 3％にまで低下している。

ことで、輸送面の合理化を図る方針が各社で採られることとなった。

4.12.3

紙袋からバラセメント出荷へ：セメント業「バラ化」セメントの流通経路は、概略以下のよう

界の「流通革命」になる：

昭和 30 年代（1950 年代後半）に入って、セメント工場からの出荷形態は、紙袋からバラ出荷に急速に変①臨海セメント工場の場合
セメント工場→セメントタンカー船→サービスス

セメント製造技術の系統化調査

43

テーション（SS）→バラトラック→需要家（生（2）建設現場での「生コンクリート」の利用の普及 4）

コン工場、コンクリート製品工場、ダムなどの大前記（1）のようなメリットがあるにも拘わらず、工事現場）

日本のセメント産業の草創期から約 80 年もの間、出②内陸セメント工場の場合

荷・流通形態が「包装品」のままほとんど変化がな

セメント工場→バラトラック→需要家

かったのは、「工事現場でコンクリートを練る」、すな

臨海セメント工場の多くは、北海道・東北・中国・

わち「セメント・砂利・砂・水を工事現場で混練す

四国・九州など、大都市圏から離れて立地しており、る」というコンクリート施工法が続いていたからであ

セメントはタンカー船で首都圏・中京圏・関西圏などる。

の大消費地の SS（サービスステーション）に一次輸

この状態に大きな変化を与えることになったのが、送される。一方、内陸工場の多くは大消費地近郊に立生コンクリート（生コン）の導入・普及である。工事地しており、工場から直接バラトラックで需要家に届

現場でコンクリートを練るのではなく、生コン工場でけるケースが多い。粉体であるセメントが液体の石油

計量・混合した生コンクリートを混練をしながらト

製品と同じような流通形態を持つことになったのであラック（生コン車、ミキサー車）で工事現場に運ぶ。

る。バラトラックへのセメントの積込みの様子を図

工事現場ではその流動化された生コンクリートを打設

4.23 に示す。

するだけ、という形にコンクリートの施工形態が大きく変化しはじめたのである。
生コンクリートの利用は、米国ではすでに戦前から
普 及 し て い た よ う で あ る が、 日 本 で は、1949（ 昭和 24）年に磐城セメント（現・住友大阪セメント）系の「東京コンクリート」社が東京・業平橋に設立したのが最初とされている 20）。その後しばらくは大都市を中心にしての広がりであったが、昭和 30 年代半ば（1961 年以降）からは急激に生コンプラントが増加していった。プラント数は 1967（昭和 42）年には
1,067、5 年 後 の 1972 年 に は 2,936、 そ の 5 年 後 の図 4.23

バラトラックへのセメント積込み 7）バラ輸送による流通合理化の主な効果として、次のことが挙げられる。

1977 年には 4,808 工場と、10 年間で約 5 倍に急増し、その分布も全国各地に普及するに至った。
生コン工場へ納入されるセメントは、ほとんどがバ
ラトラックで運ばれている。

①輸送上の機動性
バラ輸送の場合は、荷役はすべて機械化されて、（3）コンクリート製品産業の成長

積み卸しとも包装品の場合に比べて著しく時間が今日では工場生産されたコンクリート製品は、社会短縮される。また雨天の際も支障なく荷役可能での隅々まで行き渡って使われている。これら多様な品ある。また輸送手段である船舶・貨車・トラック

種のコンクリート製品の中には、欧米で実用化され等すべてを、社有かあるいはそれに準ずる形態でて、日本でも戦前から生産が開始されていたものもあ

運営することにより弾力的な輸送を行なうことがるが、今日のようなコンクリート製品の隆盛を見るにできる。

至ったのは、太平洋戦争以降である。戦後復興の中で①輸送費の節減

需要のすそ野が広がり、昭和 30 年代以降の高度成長

バラ輸送は、以上のように、荷役が簡素かつ迅速期に、高速道路、新幹線、下水道整備、集合住宅建設化されるので荷役料も安くて済む。輸送中の減損等々で、コンクリート製品産業が一挙に拡大の時期を率も包装品に比べて著しく少ない。陸上運賃（鉄迎えた。

道・トラック）に対する海上運賃の相対的な低下

このコンクリート製品工場へのセメントの納入も、は、遠隔地にある臨海工場を、都市近郊立地の内

昭和 20 年代まではコンクリート製品工場の規模も小陸工場と十分競争し得る立場に押し上げた。

さく袋物が使われていたが、昭和 30 年代以降はバラトラックによって搬入されるようになっていった。

44

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

（4）「バラ化」総括
戦後の復興期から高度成長期まで、上記（1）輸送

参考文献
1） 杉下捨三，日本のセメント，ポプラ社，1962.

コスト削減のための出荷・流通設備のバラ化、
（2）生

2） 藤田

コンクリート化の進展、（3）コンクリート製品産業の

3） 岡部達夫，秩父セメント（現・太平洋セメント）

成長、これら三つの事象がほぼ同時進行する状況の中

社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp.

で「バラセメント化」が進展した。1951（昭和 26）

41-51，1978.

年当時、バラで輸送されるセメント量は全輸送量のわ
ずか 6％だったものが、7 年後の 1958（昭和 33）年には 25％に達した。1980 年頃には 90％以上がバラ輸送になり今日では、工場出荷の 97％がバラ出荷である。

稔，セメント，有斐閣，1960.

4） 日本セメント株式会社，日本セメント百年史，
1983.
5） 小野田セメント株式会社，小野田セメント百年史，1981.

以上述べてきたような「バラセメント輸送」体制は、

6） 上野

経済的有利さが最大の誘因であったことはいうまでも1980.

孝，セメント技術史補遺，小野田セメント，

ないが、粉体をバラ輸送するための輸送設備・貯蔵設

7） 太平洋セメント株式会社提供

備等における技術的な進歩が背景にあったことも忘れ

8） 日本工業新聞社，躍進物語・小野田セメント，てはならない。ただし、これらの設備・装置の多くは、図 1.3 に示したセメント工場の外にある設備であ

1962.
9） 一柳俊一，磯部郁夫，須藤勘三郎，原田宏，秩り、他の粉体工業でも活用されている機械・設備も多父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セく、「セメント工場におけるセメント製造技術」を対メント読本 第 4 巻 製造技術」，pp. 144-152，1978.

象とする本稿では詳細は割愛する。
なお、2013 年でのセメント出荷先割合は、生コン
クリート向けが約 72％、コンクリート製品向けが約13％、その他が約 15％となっている 18）。

10）秩父セメント株式会社，秩父セメント五十年史，
1974.
11）セメント協会，燃料専門委員会報告 T-2 エアク
エンチングクーラーに関する調査，1955.
12）セメント協会，生産技術専門委員会報告 T-22 省

注 1： １次空気、２次空気
窯内に燃料を吹き込むバーナーから、燃料と一緒に吹き込む空気を 1 次空気、1 次空気の不足分を補うためにバーナー以外の通風口から窯内に送られる空気を 2 次空気と呼ぶ。セメント焼成の場合、2 次空気は高温のクリ
ンカーをクーラーで冷却した空気が用いられる。
注 2： オイル（石油）コークス
減圧残油等の石油系重質油をコーキング装置等で熱分解処理した固体残渣で、主成分は炭素である。
注 3： 煤塵と粉塵「大気汚染防止法」では以下のように定義されている。
煤塵：燃焼・電気の使用に伴い発生する粉塵（いわゆるスス）。
粉塵：物の破砕、選別その他の機械的処理又は堆積に伴い発生し、又は飛散する物質
注 4： 生コンクリート（生コン、Ready mixed concrete）
セメント・砂利・砂・水を計量して混練した状態の、硬化前のコンクリート。フレッシュコンクリートともいわれる。生コンクリートを作る工場を「生コン工場」、その工場から生コンを混練しながら工事現場まで運ぶト
ラックを「生コン車」「ミキサー車」と呼ぶ。
注 5： コンクリート製品
コンクリートを工事現場で打設するのではなく、工場で成形・生産して工事現場に運んで施工されるコンクリー
ト製品を「コンクリート製品」と呼んでいる。U 字溝、
ブロック塀、舗装ブロック、住宅やビルのコンクリート
壁、下水道管、電柱、河川護岸、鉄道橋や道路橋の橋桁、トンネルの内壁等々、様々な製品がある。

エネルギー・省資源技術に関する報告書，2002.
13）望月明，クリンカークーラーの現状と将来，第34 回セメント製造技術シンポジウム報告集，pp.
71-84，1977
14）セメント協会，燃料専門委員会報告 T-11 ロータ
リーキルンクーラーに関する調査，1974.
15）一柳俊一，黒滝厚俊，根岸保，秩父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セメント読本 第 4
巻 製造技術」，pp. 96-111，1978.
16）牛木稔，黒滝厚俊，秩父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp. 111-118，1978.
17）斎藤満，秩父セメント（現・太平洋セメント）

社内資料「セメント読本 第４巻 製造技術」，pp.
118-125，1978.
18）セメント年鑑 2014 年版，セメント新聞社，2014.
19）加藤孝志，金子幸一，秩父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp. 218-229，1978.
20）住友セメント株式会社，住友セメント八十年史，1987.

セメント製造技術の系統化調査

45

5

日本のセメント製造技術の開花：高度成長期以降（1960 年－）

1）2）3）4）

日本経済は、1960 年代初頭から 1980 年頃までの約

1960 年以降のセメント技術に関する流れを大きく

20 年間、期間中の 2 回にわたる「オイルショック」

まとめると、以下のようになろう。

を克服して、「高度成長」を続けた。セメント産業も（1）セメントキルンの大型化が進行した。

その中にあって、拡大成長路線を享受した。1960（昭キ ルンの大型化に対応して、原料工程・仕上工

和 35）年に約 2200 万トンだったセメント生産高は、

程・出荷工程の機械・装置も大型化した。大型化

1979 年には約 8,800 万トン（内需は 8,300 万トン）とには大きな投資が伴うことから、石灰石鉱山の鉱

それまでの史上最高を記録した。その後、日本経済は量とセメント出荷の立地条件に恵まれた「重点工低成長時代になり、セメント需要も減少基調になって場」を選んで、増設投資が行われるようになった。

きたが、一時的には阪神・淡路大震災やアジア諸国へ（2）大型化の過程で、「乾式ボイラー付」「湿式」「レの輸出増などがあって、1996 年には生産高は 1 億ト

ポ ー ル 」 な ど の 在 来 方 式 に 対 す る SP キ ル ンン直前（内需は 8,240 万トン）まで伸びた。しかし、（Suspension Preheater Kiln）の優位性が明瞭に以降は減少傾向が続き、2014 年の生産高は 6,100 万トなった。

ン（内需は 4,500 万トン）と、東日本大震災の復興需（3）上記（2）に続いて、SP キルンの改良型としての要などがあるものの、1996 年の生産高の 60％程度に

NSP（New SP）キルンの開発が始まり、日本発まで減少している。セメント国内需要の推移を図 5.1の世界的最新セメント製造技術「NSP 方式」が

に示す。

確立した。

このセメント産業の高度成長→低成長→市場縮小の（4）2 回のオイルショックを経て、セメント工場の全流れの中で、セメント製造技術の技術開発の内容も以ての機械・装置が「省エネ」追求型になっていっ

下のような変化が見られた。

た。キルンの NSP、粉砕機の竪型ミルの優位性①高度成長期には製造設備の「大型化」が進められた。

が明確になり、また渦流型分級機（O-SEPA な
ど）、竪型ミル式予備粉砕機（CKP など）、竪型②低成長期になるとコスト削減のための省エネ技術開発に力が注がれた。

セメントミル（OK ミルなど）など、粉砕機の大幅な効率アップにつながる日本発の技術開発が続③市場縮小に直面してからは「資源循環型社会構築いた。キルン・クーラーの排熱をぎりぎりの低温貢献事業」への転進を図るための技術開発が中心

度まで使い切る「低熱発電（廃熱発電）」も普及になった。

した。結果として、日本のセメント産業のエネル
ギー原単位は世界のトップレベルとなった。

図 5.1

46

国立科学博物館技術の系統化調査報告

セメント国内需要の推移（1950～2011）1）

Vol.23 2016. March（5）上記（1）～（4）までの全過程・全工程を通じて、ており、1963（昭和 38）年、わが国最初の SP キルン

プロセスのコンピューターコントロール化が進行が第一セメント（現・デイ・シイ、神奈川県川崎市）

し、工程の安定化、品質の向上が進んだ。

で運転開始されて以降、NSP が開発される 1970 年代（6）1970 年代に環境関係の規制法が整備され、セメ中期まで、新増設されるキルンはほとんどが SP キル

ント業界も厳しい対応を迫られたが、既存技術の徹底利用に独自の技術開発を加えて、厳しい規制
値をクリアしていった。
（7）1990 年代に入ってからは「地球温暖化問題」が大きく取上げられるようになった。燃料の燃焼に加えて、原料の石灰石の脱炭酸でも二酸化炭素をンとなっていった。
1975（昭和 50）年時点で操業していたキルンの様
式別「焼成熱量」、「容積当り焼出量」、それぞれの様式の「最大能力キルン」を表 5.1 に示す。
表 5.1

 ルン様式別焼成熱量・容積当り焼出量・最キ
大能力キルン 5)

排出するセメント産業は、国際的に手を結んで対応策を研究するべく取り組みを進めている。
（8）1960 年代以降、機器分析装置、電子顕微鏡、X
線分析装置などに大きな進歩があり、結果とし

改良焼成法て、セメント鉱物やセメント水和物について詳細な知見が得られるようになり、それら知見に基づいた「機能性のセメント」も次々と開発された。
（9）
「省エネ」そして「地球環境保全のための省資源」を追求する努力の中から、「セメント製造を通じて廃棄物処理をする」という新しい事業の芽が生まれてきた。
（10）1990 年代後半以降、セメント需要が縮小する事
業環境の中で、産業廃棄物や都市ごみを処理する事業は有力な収益源に育ってきた。その「廃棄物再資源化事業」を拡大するために、「より多くの廃棄物をセメント製造工程で処理できる」ための

注 1）
「焼成熱量」欄は kg-clinker 当りの熱量 kcal を示す（kgcl’＝kg-clinker）。
「容積当り能力」は、キルン内容積
1m3 当りの１時間当たりクリンカー焼出量。
注 2）
「焼成熱量」は「回転窯に吹込まれた焼成熱量」だけである。
NCB（改良焼成法、生灰焼成法）と他様式の比較には、石灰窯の熱量（約 550kcal/kgcl’）を加える必要がある。

技術開発が追求された。エコセメント、塩素バイ

SP キルンは、プレヒーター中で、①原料粉末をキ

パス、AK システム（いずれも第 9 章で詳述）な

ルン排ガス中に浮遊懸濁（サスペンション）させて熱どの斬新なアイデアが次々と実用化された。

交換し、②排ガスの保有熱で原料の予熱と脱炭酸を進

以上が 1960 年代から今日に至る約半世紀の日本の行させることで、③在来の他様式キルンより高い熱効

セメント製造技術の発展の流れであるが、このうち率を得る、ことを目的として、ドイツのプラントメー（1）～（5）を本章で、（6）（7）については次の第 6

カー・フンボルト社が 1950 年に開発した。その後、章で、（8）については第 7・8 章で、（9）（10）についポリジウス、ベダーグ、クルップ（以上ドイツ）、FLては、第 9 章で詳述する。

スミス（デンマーク）などから、原理的には同じだが5.1

SP キルン（サスペンションプレヒーター付
キルン、Suspension Preheater Kiln）1）5）6）

多少形式の異なる SP キルンが発表された。図 5.2 にSP キルンおよびその改良型である NSP キルン（5.2で詳説）の一般的な構造図を示す。

1960 年～1980 年の 20 年間は、国内のセメント需要

SP 方式が、それまでの在来キルン様式に比べて優が単調増大で増え、一方で公害関係法規制が厳しくれている主な点は、「熱効率が良い」、「大型化が可能」、

なった時期であった。そのような事業環境の下で、セ「長期連続運転が可能」なことである。以下、これら

メントキルンの性能としては、①熱効率が良好で、②の特長について述べる。

1 基あたりの焼成能力が大きく、③長期安定運転が可能で、④高品位のクリンカーが得られ、⑤環境汚染要5.1.1

SP キルンの特長 1）2）3）5）6）

素が少ない、ことが求められた。

（1）熱効率の良さ

SP キルン及び後述する SP キルンを改良した NSP

熱効率の良さ（表 5.1 の「焼成熱量」欄参照）の鍵

キルンは、これらの点において在来キルンよりも優れとなっているのは、「サスペンションプレヒーター」

セメント製造技術の系統化調査

47

図 5.2SP 方式と NSP 方式の構造比較図 1）という熱ガスと原料の間の巧妙な熱交換の仕組みであ

表 5.2

SP キルンの熱収支（単位：kcal/kg-clinker）6）る。
原料は、乾燥・調合・粉砕された後、ブレンディン
グ（ 原 料 成 分 の 均 斉 化 ） さ れ て、CFW（ConstantFeed Weigher、定量供給機）を経てプレヒーターに送られ、最上部から熱ガス中に投入される（図 5.2 参照）。その後、各サイクロンの段ごと（4 段～５段）に、浮遊→受熱→固気分離をくり返しながら下降し、約40％程度まで脱炭酸されて回転窯に入る。
一方、キルン排ガス（1050～1100℃）は、各サイクロンで原料と熱交換しながら上昇し、最上段サイクロ
ンを出る時はガス温度 350～370℃まで低下する。この排熱は排気風車によりプレヒーターから吸引排出されるが、その余熱はさらに排熱発電・原料乾燥に利用される。なお、サイクロンの段数は 4 段が多いが、プレヒーターでの熱交換の一層の向上を狙って、一部では 5 段サイクロンの SP も建設された。

高度成長でセメント需要も急増していくなかで、セメント工場は生産能力の増強・増大が強く求められる

プレヒーター系全体を見ると、最上部から送り込まようになってきた。そのような経済環境の中で、SPれた原料は、サイクロンの各段ごとに効率の良い「並キルンは日産能力の増大と長期連続運転、すなわち

流熱交換」をしながら重力で次々と段を下がりながら（日産能力）×（連続運転日数）の両方を大きくでき

高温部に向かって「向流熱交換」をしていく、というる可能性を有しているため、1960 年代半ば以降、新

熱交換の理に適った巧みな仕組みが作られている。こ増設されるキルンのほとんどが SP キルンになった。

れによって CaCO3 の約 40％の CO2 が分解され、熱消「大型化」、「長期連続運転」というこの SP キルンの 2

費は 3,150～3,250kJ／kg-clinker まで下げられる。ま

大特長は、プレヒーター部分、すなわち「高温排ガス

た、以下に述べるように、キルンの大型化と長期安定の流路に、可動部分やボイラー水管のような摩耗部分運転を可能とした。

がない」ということに起因する。以下に若干の補足説

SP キルンの熱収支を表 5.2 に示す。表で見ると各48（2）長期連続運転、そして大型化が可能

明をする（表 5.1 参照）。

型式間に多少の優劣があるように見えるが、同じ条件

レポールキルンの場合、焼成熱量では、SP に比べで比較したデータではないので、「各型式間での本質て格段に劣るというほどではない。後述するような的な差は認められない」とするのが妥当な判断であろ

SP キルンの難点「サイクロン詰り」がないことを考う。焼成効率の定義は表 4.2 に記載している。

えると、使い勝手の良いキルンだともいえる。しか国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchし、4.2.4 でも述べたように、レポールプレヒーター①アルカリ分の少ない原料を選ぶ。

は、900℃～1,000℃という高温ガス流の中でグレート②プレヒーターの安定運転（排ガス温度上昇、原料を連続移動運転するので、大型化すると機械的に無理の量・成分の変動を小さく）を心掛ける。

が生じ故障が多くなるため、最大能力は 2,000t/d ま③定期的に（例えば毎交代 1 回）サイクロン内部のでだろうとされていた。このため、1980 年代から始

コーティング除去をする（エアブロー装置、超高

まる 3,000t/d を超えるような大型 SP・NSP キルンが圧水による人手作業など）。

建設される波の中で、レポールキルンは日本のセメント業界からは姿を消していった。

ほとんどの工場では、①②③の方法を併用してサイクロンが詰まらないように努力する、それでも起きて

ボイラー付キルン（乾式・湿式）の場合、焼成熱量

しまうことはある、というのが実情だった。このサイの面で SP キルンに太刀打ちできないことに加えて、クロン詰りは、のちの NSP キルンになっても大きな

余熱ボイラーの水管のメンテナンスやボイラーの点検

変化は見られなかった。

のために年に数回の計画休転が必要であり、半年以上状況を大きく改善させたのは 1990 年の秩父セメンの連続運転は不可能であった。また、余熱ボイラーのト（現・太平洋セメント）による「塩素バイパス」の構造上からも、1960 年代のボイラー付キルンは最大発明である。塩素バイパスとは「プレヒーター内の低規模になっていたと考えられていた。

融点アルカリ成分の濃度が高くなったら、熱ガスの一湿式ロングキルンの場合、SP キルンに対し、焼成部を系外に抜き取る」という装置で、9.2.2 で詳述す

熱量では遠く及ばないが、長期連続運転という点ではる。これによってサイクロン詰まりは大いに軽減され十分合格点であった。しかし、キルンの規模（径・長た。塩素バイパスは、今日では「セメントキルンでのさ）も機械構造的に最大になっており、当時の既設キ廃棄物処理」に欠かせない設備として位置づけられてルンを上回る大型化は困難であった。なお、ロングキ

いるが、もともとは「サイクロン詰りの解消」のため

ルンは、キルン自体が既に大型であるが故に、SP タに取り組んだ結果の発明であった。

ワーを付設することで 2 倍以上の増産が可能になるケースもあり、そのような「様式転換」をしたロングキルンも見られた。

（2）内張り耐火煉瓦の寿命「熱効率」「長期連続運転」「大型化」で選ばれて1960 年代から 70 年代にかけて新増設が進んだ SP キ

5.1.2

SP キルンの問題点

上記のような優位性で、在来型のキルンを短期間で新増設の対象から駆逐した SP キルンではあるが、一ルンも、キルン径 6m・焼出量 5,000t/d あたりまで大型化が進んだところで、一つの壁にぶつかることになった。「内張り耐火煉瓦の寿命」の問題である。

方で、いくつかの問題点も明らかになってきた。なか

1963（昭和 38）年に操業を開始した日本最初の SPでも主たる問題点とされた「サイクロン詰り」と「耐キ ル ン は、 径 4m・ 長 さ 62m・ 能 力 1,200t/d で あ っ

火煉瓦寿命の問題」を以下に説明しておく。

た。以後、各社が新増設する SP キルンは次々と大型化 さ れ、1972（ 昭 和 47） 年 に は 径 6.2m・ 長 さ（1）サイクロン詰り

125m・能力 5,300t/d という巨大キルンまで登場した。

SP キルンの運転上の最大の難点が「サイクロン詰

このように、キルン径が 6m 近くまでになってくるり」である。高温の原料が流れるサイクロンでは、原と、キルン内部に内張りされている耐火煉瓦の寿命が料中あるいは排ガス中の低融点成分（主として Na や短くなり、長期運転に制約条件となってくることが明K の塩）が融けてサイクロン内壁に付着し、成長するらかになってきた。耐火煉瓦の寿命に影響する主な要と剥落して、サイクロン下部の原料出口シュートを詰因は以下の二つである。

まらせてしまうことが起こる。一旦サイクロン出口が①径が大きくなると、キルンの内張り煉瓦を支える

詰まると、毎分数トンの原料が流れているだけに、サアーチの支持力が弱くなってくる。このために運イクロン内部はたちまち高熱原料で埋まってしまい、

転中に「煉瓦落ち」する危険が高くなる。

キルン停止に追い込まれ、人力でのサイクロン内部の②焼出量が大きくなると、キルン内に吹込む燃料もダスト除去作業をせざるを得なくなる。高温環境での多くなり、焼成帯（最高温部）の熱負荷が大きく危険な作業であり、またキルン休止の経済的な損失もなって、耐火物を短命化することにつながる。

大きいものである。対策として例えば以下のような方

こ の「 壁 」 を 乗 り 越 え る こ と が、 次 項 に 述 べ る法が採られている：

NSP キルンの開発の大きな目的の一つであった。

セメント製造技術の系統化調査

49

5.2

NSP キルン：「日本発」の世界的技術 1）2）3）5）6）5.2.1

NSP キルンの着想

エネルギー多消費型産業であるセメント産業の技術者にとって、「省エネルギー技術の開発」は、時代を

NSP キルンは、世界中で今も活躍している「日本

超えて変わらない技術開発目標である。日本に SP キ発」の技術である。日本のセメント会社数社がそれぞルンが導入されて間もなく、日本のセメント製造技術

れに単独あるいはプラントメーカーと組んで開発を者の頭に、「セメント焼成プロセスの中で最も多くの行った。いくつかの方式が成功裏に開発されたが、い熱量を必要とする石灰石の脱炭酸反応を、プレヒー

ずれの方式も、SP キルンのプレヒーター部に、別のターに助燃炉を付設して効率よく行わせ、キルン内容

燃焼炉（仮焼炉）を組込んで、原料の脱炭酸率を向上

積当りの焼出量を大きくして熱効率を高める」というさせ、回転窯の焼出能力を増大させる焼成方式であNSP キルンの基本的な着想が浮かんだのは、ある意る。NSP 方式のプレヒーターとキルンの外観写真を

味当然の成り行きでもあった。そして技術者たちに、

図 1.4 に、SP キルンと NSP キルンの構造の比較を図「そのアイデアを実現できれば、SP キルンの一層の増5.2 に、焼成反応プロセスの比較を図 5.3 に示す。

産と省エネは間違いなし」と確信を与えたのが、小野田セメントで当時まだ現役で活躍していた「改良焼成法」の実績であった。
改良法のキルン内容積当り焼出量が、SP キルンを含めた他の様式に比べて、まさに「桁違い」の高い数字であることは、当時のセメント業界ではよく知られSPた事実であった（表 5.1 参照）。セメント製造技術先

NSP

進国の欧米に先駆けて日本のセメント技術者が
図 5.3

SP と NSP の焼成反応過程の比較

6）「NSP」のアイデアに気付いたのは、まさに「日本で独自開発された改良焼成法」が目の前に存在していた

図 5.3 に示すごとく、SP キルンではプレヒーターからである。

における原料の脱炭酸率が 40％にとどまり、残り

昭和 40 年代（1965 年頃）に入ると、三菱セメント

60％の仮焼と焼成反応とを熱効率の悪いロータリーキ

は三菱重工、秩父セメントは石川島播磨と組み、小野ルン（回転窯）で行なわなければならない。これに対田セメントは独自開発路線（実操業キルン建設段階でし、NSP 方式ではプレヒーターに仮焼炉を付加し、川崎重工と提携）で、それぞれ NSP 開発の取り組み

脱炭酸に必要な熱量を仮焼炉から別途に供給して脱炭を開始した。開発の目標は、SP キルンに対して更な酸率を 85％以上に高め、回転窯内では残りわずかのる、①熱効率の改善、②長期連続運転の達成、③キル

仮焼と発熱反応である焼成反応を行なわせるだけにす

ン能力の増大、であった。

ることにより、同一サイズの回転窯の焼成能力を、実機として我が国最初の（＝世界最初の）NSP キ

SP キルンの 2 倍以上に増大させることが可能となっルンは、三菱セメントの福岡・東谷工場で、1971（昭た（表 5.1 参照）。NSP キルンの熱収支の例を表 5.3

和 46）年 12 月に完成した。三菱セメント／三菱重工に示す。

はこの NSP を「MFC 式」と名付けた。翌 1972 年 7月には秩父セメント／石川島播磨重工が、埼玉県・秩
表 5.3

50

国立科学博物館技術の系統化調査報告

NSP キルン熱収支（SF キルン、焼出量：8,000t/d の例）6）Vol.23 2016. March父第一工場で「SF 式」の実運転を開始、同年 12 月にが可能である。また、設備投資額、設置面積が同は小野田セメントが独自開発した「RSP 式」キルン

規模の SP キルンに比較して小さい。稼働中の最を愛知県・田原工場で火入れした。1971 年末からの大キルンは日産 9000 トンに達し、キルン内容積当

わずか 1 年間に、３方式の NSP が一挙に操業を開始

り焼出量は、SP キルンの 60～70kg／m3h に対ししたのである。

130～150kg／m3h である。

大手セメント専業会社のなかでも、日本セメントと

2）キルン操業が安定する。供給原料が、キルンに入

住友セメントは、当初は他社開発の NSP を採用してる前に、あらかじめ仮焼されるので、キルン内がいたが、やがて住友社は独自に NSP「SCS 式」を開安定した状態で運転できる。従って、プロセスコ

発し、1979 年に子会社の八戸セメント（青森県）でンピューターコントロールを適用しやすい。

操業を開始した。また日本セメントは神戸製鋼所と組

3）キルン内熱負荷が減少するので、内張り耐火れんんで「DD 式」を開発し、1979 年北海道・上磯工場で実運転を開始した。

がの耐用時間が伸び、長期連続運転が可能となる。
3）耐火物原単位改善：SP 式（注）MFC：Mitsubishi Fluidized Calcinater System
SF ：Suspension Preheater & Flash Furnace

800～900g/t-clinker

NSP 式 500～600g/t-clinker（注）耐火物原単位：キルン内に施工した耐火物のRSP ：Reinforced Suspension Preheater

重量を、その耐火物を除却するまでの期間内

DD ：D ual Combustion and Denitrationにそのキルンで生産したクリンカー量で除Process
SCS ：Sumitomo Cross Suspension and Spouted
Calciner
NSP については、その後も新機種の開発や改良などが発表されている。1982（昭和 57）年までに開発された NSP 様式の一覧を表 5.4 に示す。
表 5.4

NSP 様式一覧（1982 年現在）2）

した数字。
4）仮焼炉内ではキルン内ほど温度を上げる必要がな
いので、低品位炭などの低質燃料を使用することができる。
5）NOx の発生率が低く、また SP と同様に SOx の吸収率が高い。
以上のように、NSP キルンは、キルン 1 基当りの生産能力を格段に向上させただけでなく、省エネル
ギー、省力化、自動化、コンピューターコントロールの面でも大きな効果があり、また、低 NOx（窒素酸化物）焼成にも有効で、環境対策の面でも画期的なものとして、内外の注目を浴びることとなった。なお、
低 NOx 対 策 と し て の NSP の 有 効 性 に つ い い て は、
6.1.1 で述べる。
NSP の技術開発成功が引き金になり、また「技術開発ノウハウ」が社内に蓄積されて、日本のセメント会社では、以後次々と斬新なセメント製造関連装置が開発され、我が国のセメント製造技術が世界をリード（注）平均能力はセメント協会届出能力に基づき算定した。

するに至っている。現在、日本国内のセメント製造
は、すべて SP・NSP キルンによって行われている。

5.2.2

NSP キルンの特長

また、NSP 技術は、海外へも積極的に技術導出さそれぞれの様式の開発者はそれぞれの「特長」を述れた。1974（昭和 49）年、石川島播磨重工／秩父セ

べているが、NSP の各様式間の差は、使用原料や前メントは、SF キルンの技術をフラー社（米）に技術

後工程設備などを同一条件にしての比較がそもそも困導出した。我が国初のセメント技術輸出である。続い

難なこと、技術的に見ても、お互いの差はほとんどなて、RSP 技術は、小野田セメントからクルーゾ・ロ

さそうだと判断されるので、本稿では NSP 各様式間

ワール社（仏）、アリスチャーマーズ社（米）などにの比較の詳細は省略する。

技術導出された。

開発された NSP には、以下のような非常に優れた特長があることが、結果として明らかになった 4）。
1）キルンの単位容積当りの生産性が高く、大容量化

セメント製造技術の系統化調査

51

5.3

「SP・NSP 化」と「バラ輸送化」で実現したセメント産業構造改革 2）3）

この企業合併の後、それぞれの合併会社内で、旧会社の枠を超えた「工場のさらなる集約化」が進んだ。

1970 年代から 80 年代にかけてのセメント産業は、
需要はトレンドとしては伸びがあった一方で、以下のような厳しい環境にもさらされていた。
①高度成長に伴う労働力の逼迫で、賃金が毎年大幅に上昇する。
②オイルショックや産油国のカルテルにより、エネ
ルギー価格が大幅に上昇する。
③公害規制強化への対応で、公害防止設備への投資に迫られる。
これらの外的要因による厳しい経営環境を乗り切るために、セメント各社は抜本的な「構造改革」の方針を打ち出した。すなわち、「重点工場を選定」して「工場の集約化」を進めるのである。それまでは「大工場」

図 5.4

セメント工場の労働生産性推移 1）

表 5.5

セメント工場数・キルン数の変化 7）「小工場」の違いはあっても、設備投資や修繕費などの製造固定費は、どの工場にも同じ評価基準で配分されてきていた。それを「今後は重点工場に経営資源を集中投入する」方針に変更したのである。
「重点工場」の選択基準としては、概略以下のような条件であった。
①石灰石鉱山の鉱量が将来的に十分ある。
② SP・NSP 化投資、公害防止投資に見合う生産規
模・販売規模の拡大が確保できる。

（平成 12）までの 30 年間で、工場数は約 2/3 に、キ③タンカー船によるバラ出荷ができる、または大消

ルン数は約 1/3 に、工場従業員数は約 1/4 にまで減少

費地が近く、陸送でも十分競争力が保てる。

したのである。この間、クリンカー生産量は約 1.4 倍

この「工場集約化」によって、各社の労働生産性はになり、労働生産性は約 5.2 倍に改善された（図 5.4）。

向上し、公害防止投資のような、いわば生産に直結しこのように、工場の集約化で、セメント企業は、高ない投資を、効率的・効果的に実施することができ度成長から低成長、そして需要減少に直面する厳しいた。「重点工場」指定からはずれた工場は、閉鎖され経営環境を乗り越えてきた。その経営努力を支えた技

るか、分社化されてセメント以外の事業を営むなどの術基盤として「SP・NSP による工場大型化」があり、独立採算の道を進むことになった。

そのセメントを運ぶ「バラセメント物流体制」（4.12.3

こ の 1970 年 代 か ら 80 年 代 の 生 産 構 造 合 理 化 は、
「自社工場の選択と集中」、つまり「社内合理化」であった。1995 年にセメント生産量が過去最高まで達した後、セメント需要が減少局面に入ると、もはやそ参照）があったことを、明記しておきたい。

5.4 原料工程の「大型化」「省エネ化」

れぞれのセメント会社の自社内合理化だけでは企業存

SP 化・NSP 化によって、焼成工程が「大型化」「省

続が困難視される状況になってきた。この危機的状況

エネ化」されるに伴って、前後工程である原料工程・を脱するために、1994 年には小野田セメントと秩父

仕上工程にも、当然のことながら、それぞれの工程のセメントが合併して「秩父小野田」、住友セメントと役割をきちんと果たすための「大型化」「省エネ化」

大阪セメントが合併して「住友大阪セメント」が誕生が要求される。本節では、原料の工場への受入れ設備

し、さらに 1998 年には秩父小野田と日本セメントがの大型化と、乾燥・粉砕工程における大型化・省エネ

合併して「太平洋セメント」に、また宇部興産と三菱化について述べる。

マテリアルが共同販売会社「宇部三菱セメント」を発足させるなどの企業合併による業界内再編が進んだ。

52

表 5.5 で見るとおり、1970（昭和 45）年から 2000

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March5.4.1

原料受入設備の大規模化：スタッカー＆リク

充・強化する形での対応が多かったようである。

レーマー方式 8）
SP・NSP 化によるキルンの大型化は、必然的に原料ヤードの大規模化（貯蔵量及びハンドリング能力）が必要になる。これに対する対応策は、工場の立地条
件によって異なり、当然ながら山元が近い工場は小さ

5.4.2

1960 年代（昭和 40 年頃）までの原料の乾燥・粉砕
方式は、受入れた石灰石と粘土類を、①石灰石乾燥機・粘土乾燥機（いずれも回転式乾燥めの貯鉱場でよいが、遠くなるほど貯鉱量を大きくする必要がある。

原料の乾燥・粉砕工程の大型化・省エネ化

機＝ロータリードライヤー）で乾燥後、②ミ ル前の連続自動秤量機（CFW）で石灰石／粘日産 5 千トンを超えるような大型キルン数基を抱える工場では、石灰石受入量も一日 1 万トン、時間当り

土比の調製をして、③チューブミルに送入して混合粉砕する、の払出量も 500 トンを超えるような設備が必要になという「乾燥・粉砕別方式」であった。乾燥用の熱風る。この解決策の一つとして、鉱山、炭鉱、製鉄所、炉は、それぞれの乾燥機に個別に備付けられていた。

発電所などで鉄鉱石や石炭などの大量の粉粒体を扱う

SP キルン方式が導入されると、SP の最上段サイクの に 使 わ れ て き た「 ス タ ッ カ ー ＆ リ ク レ ー マ ー

ロンを出た排ガス温度は 350℃程度であり、この排ガ（stacker & reclaimer）方式」が、セメント工場でもス余熱を原料乾燥に利用する方法が一般的に採用され採用されるようになった。

るようになった。
排ガス余熱の原料乾燥利用方式としては、当初は従前の乾燥と粉砕を別けて行う方式が採用されたが、やがて「排ガスを粉砕機に導いて、乾燥・粉砕を同時に行う方式」が導入された。「同時乾燥粉砕方式」では、ドライヤー設置方式に比べて、乾燥設備の修理・保全の手間が省け、動力的にも有利（省エネ）である。
従って、1970 年代以降の新設原料工程では、ドライ
ヤー設置方式はほとんど採用されなくなった。
同時乾燥粉砕ミルにはチューブミル形式と竪型ミル形式があるが、本稿ではチューブミルの代表例である「ダブルローテーターミル」、および竪型ローラーミル

図 5.5

スタッカー＆リクレーマー9）

こ の 方 式 は、「 ベ ッ ド ブ レ ン デ ィ ン グ（bed-の代表例である「ロッシェミル」について説明する。
（1）ダブルローテーターミル 6）10）11）

blending）」とも言われる。採掘した原料はまずス

ポリジウス社（独）の開発による原料用同時乾燥粉

タッカー（図 5.5 左側のアーム形装置）で互層に積み

砕ボールミルで、わが国のセメント工場では、1963付ける。払出しは逆にその積み付けられた互層に直角（昭和 38）年に三菱セメント・東谷工場（福岡）に設にリクレーマー（同図右側の三角形の装置）で切り出置されたのが最初で、1975（昭和 50）年 8 月現在、す。かくして、受入原料よりも払出原料の成分変動

28 基が稼動していたと報告されている。

（ばらつき）を小さくできる点に特長があり、その意

このミルの特徴は、原料供給側に乾燥室を有し、砕味で原料の均斉化にもプラス効果がある。また無人運

製品の排出口はミル中央部にあって、エアスエプト方転ができることも、大きな長所である。能力的には、式（注 1 参照）と、セパレータによる閉回路方式を組

従来のクレーンによるクラブバケット（crab-backet）

合わせているところにある。ミル本体は、乾燥室と粉方式では 300t/h 程度の払出し能力だったが、スタッ

砕 1・2 室および中央排出室からなる。乾燥能力は、

カー＆リクレーマー方式では 1,000t/h 以上の能力が330～350℃のプレヒーター排ガスを利用した場合、給可能で、大きくなればなるほど経済的に有利である。

鉱水分の限界は 5％程度であるとされる。

なお、粘土類の受入れ・払出しについては、①量的

なお、次項で述べるように 1970 年代後半以降は、に少ない、②付着水分による粘着の問題がある、など

原料ミル新設は竪型ミルが選ばれるようになった。ダもあって、SP・NSP 化以前からの受入れ・払出し設

ブルローテーターミルの詳細は文献（10）が参考にな

備（例えばクレーンによるクラブバケット方式）を拡る。

セメント製造技術の系統化調査

53

（2）竪型ミル（ローラーミル）11）12）

この熱風によって吹き上げられ、上部に内蔵されたセ竪型ミルは、砕料を回転するテーブル上に供給してパレーターに送り込まれ、分級される。粗粉は外周に複数のローラーで加圧粉砕する方式のミルである。

飛ばされてテーブル上に落下し、再粉砕される。精粉

ローラー上部には分級機が内蔵されていて、乾燥・粉は、排気とともにセパレーター羽根の間を通過して、砕・分級が一つの装置の中で完結する。特長としてはサイクロン捕集機に導入分離される。
原料粉砕用のチューブミルと竪型ミルとの電力原単

以下のような点が挙げられる。
①据付面積が小さく、騒音も低い、

位改善例として、以下の数字が示されている。7）②チューブミルよりも粉砕効率が高く、電力原単位（計算前提条件）が低い、粉砕機能力：200t/h、年間稼働時間：7,000 時間③粉砕機内部での被粉砕物の滞留時間が短いので、原料調合変更への応答が早く、品質も安定する、④高温排ガスをミル内に導入することによって乾燥と粉砕を同時に行える。

（電力原単位比較）チューブミル：20～26kwh/t- 原料、
竪型ミル：14～18kwh/t- 原料
すなわち、約 30％の電力削減になるとされている。
日本最初のロッシェミルは 1959（昭和 34）年の宇④の理由から、原料粉砕と石炭粉砕に広く普及し、部セメント・伊佐工場に設置された。当初の型式は、工程の簡素化と省電力に大きな効果を発揮してきた。

能力も小さく、テーブルやローラーの材質なども弱

なお、竪型ミルの仕上粉砕への応用については、5.5.5

く、メインテナンス上でも手間がかかったなどがあで述べる。

り、普及のスピードはそれほど速くはなかった。機械

竪型ローラミルには、ロッシェミル、MPS ミルな構造の改善や使用材料の材質の向上で次第に大型化がどがあるが、わが国においては、宇部興産がロッシェ可能になり、1970 年代には粉砕能力 200t/hr を超え社（独）との技術提携により製作している「宇部ロッる大型ロッシェミルが開発され、以後普及が加速さシェミル」が大多数を占めている。図 5.6 は，大型のれ、1970 年代後半には、原料ミルを新設する場合は、

LM32／4 型宇部ロッシェミルの（1）外観、（2）内部

竪型ミルが最初の選択肢となるようになった。

構造、（3）竪型ミルの粉砕の仕組みを示す。

同時に、ロッシェミルの大型化に伴って、1 キルン

その動作は次のごとくである。

系統に原料ミル（ロッシェミル）1 基での対応が可能

回転する粉砕テーブルの上に、4 個の粉砕ローラーになり、非常にシンプルな工程設計が可能になった。

が、油圧シリンダによってテーブル上に加圧されていこの「1 キルン・1 ミル」体制を最初に実現したのは、る。原料はシュートから供給され、テーブルの中心付

1977（昭和 52）年の宇部セメント苅田工場（福岡県）

近に落下し、遠心力により外周に押し出され、テーブである。

ルとローラーの間にかみ込まれて粉砕される。このミ
ルは、乾燥同時粉砕方式であり、熱ガスはファンによって下部ダクトからミル内部に入る。この時に熱ガスはテーブル外周のブレードリングで旋回力を与えら仕上（セメント粉砕）工程の省エネル

5.5 ギー化

SP・NSP キルンの時代になってからの原料工程のれる。テーブル外周からオーバーフローする砕料は、（1）ロッシェミル外観 9）（2）ロッシェミル内部構造 13）

図 5.6

54

国立科学博物館技術の系統化調査報告（3）ロッシェミル粉砕機構 13）

原料粉砕用竪型ミル（ロッシェミル）

Vol.23 2016. March大型化・省エネ化が、上述の通り「竪型ローラーミル」

ン内を通ってしまうと、その分に相当する石灰分がの技術を中心に展開されたのに対し、仕上ミルの大型「遊離石灰（フリーライム）」（3 章注 4 参照）として化・ 省 エ ネ 化 は、第 1 段階（1960 年代・1970 年 代 ）クリンカー中に残ってしまうことになり、セメント品として、「チューブミル」の「大型化」「粉砕助剤添加」

質に悪影響を及ぼす。

「分級ライナーと小径ボールの採用」があり、続いて原料粉砕工程の粉末度管理指標が、①ほとんど「篩の第 2 段階（1980 年代以降）として、チューブミル

残分」だけで済むという単純さ、そして、②次工程がへの「高効率分級機（O-SEPA など）の適用」「予備引続き「工場内」の焼成工程であるため、粉末度の影

粉砕機の設置」という流れで進展した。
「仕上チュー

響が工場内に限られる、という点は、原料工程の大型

ブミルの大型化」については、図 4.16 にその推移を化や省エネに向けての工程改善に好都合な点である。

示してある。
一方、仕上（セメント）粉砕への竪型ローラーミルの適用は、運転上・保守上・セメント品質上の問題か（2）仕 上工程管理のための粉末度：比表面積と粒度
分布

ら、進展が阻まれていたが、これも日本発のセメント仕上工程の最終産物は「セメント」である。この

粉砕用竪型ミル「OK ミル」が 1988 年に開発され、「セメント」は、そのまま工場から出荷されて、客先その設計思想・技術が世界に広がって、いろいろな様の使用現場で水を加えられ、「凝結・硬化」という化式の竪型ミルが、セメント粉砕に応用可能になるとい学反応過程を経て、最終的にコンクリートなる。凝う快挙になった。

結・硬化の反応過程は、セメント粉末が水に一旦溶け以下に仕上工程における「チューブミルの省エネ

た上で水和物を生成する過程なので、セメントの粉末化」、すなわち上記「第 1 段階」「第 2 段階」について

度に対する管理項目は、「比表面積（cm2/g）」が重要詳述する。クリンカー粉砕用竪型ローラーミルについ視される。

ては、5.5.5 で述べる。

仕上工程の粉末度管理でもう一つ重要な要素が「粒度分布」である。粒度分布は、製品であるセメントの5.5.1

原料工程と仕上工程の「粉末度」管理指標の凝結過程、すなわち「使いやすさ」に大きな影響があ違いる。「粒度分布がややブロード」なセメントが使いや原料工程も仕上工程も、粉砕・分級が中心であり、

すいセメントであるとされ、逆に「粒度分布がシャー

次工程に送り出す産物の重要な品質管理項目が「粉末プなセメント」は、同じ軟らかさのフレッシュコンク度」であることは共通している。しかし、粉末度を表リートを得るための水量が多くなり、結果としてコンす方法としては「篩上残分」「比表面積」「粒度分布」

クリート強度が落ちるとされている。しかし、粒度分などいくつかの表現方法があり、原料工程と仕上工程

布の測定は手軽ではなく、日常の工程管理のために測ではその工程の機能の違いから、採用する粉末度の表定を行うのは困難がある。一方で、同じような原料で現も異なっている。両工程の省エネの取組みを理解す

同じような焼成条件で焼いたクリンカーを、同じようる上では、原料工程・仕上工程それぞれが重視する粉に設定した粉砕機・分級機で粉砕している場合には、末度の表現を理解しておくことが必要であり、本項に粒度分布も大きく変わることはないので、日常管理とて説明する。

しては代理特性として「32μ篩残分での管理」が使わ
ふるい（1）原料工程管理のための粉末度：篩残分れている。
仕上工程で、もう一つ重要な管理項目が「粉砕温度」

原料工程管理の粉末度としては、標準篩の上に残るである。粉砕温度は、粉砕時に添加される石膏の脱水

残分量「篩上残分」が使われ、今日では主に 90μJISに影響する。セメント中の石膏の脱水程度は、セメン

標準篩の「90μ篩残分」が採用されている。

トの「凝結」に大きく影響し、セメントの使いやすさ

原料工程で製造された原料粉末は、クリンカー生成に関わってくる。粉砕温度に関わる要因は、①ミルに反応のために、次の焼成工程に送られる。この原料中入るクリンカー温度と、②ミル内での粉砕熱、が主でに粗大粒子（例えば 90μ以上）があると、十分反応ある。

しきれないうちに回転窯から排出されることになりか

そのようなことから、セメントの日常管理試験項目ねない。原料成分の中でも、ケイ酸質原料に含まれるに「凝結試験」があり、その結果は「粒度分布（32μ石英質粗粒などは、被粉砕性が悪く、粗大粒子として残分）」や「セメント粉砕温度」の管理にフィードバッ

残りやすい。このような粗大粒子が未反応のままキルクされる。

セメント製造技術の系統化調査

55

5.5.2

粉砕助剤 7）14）

やして摩砕作用を強化することが、効率改善につなが粉砕助剤とは、粉砕過程に微量添加することによって粉砕速度を大きくする第 3 物質をいう。

ることが知られていた。しかし、従来のリフター付ラ
イナーでは、2 室入口側に小径ボール、出口側に中径チューブミルの場合、微粉砕段階になると一般に粉ボールが集まる逆分級状態が生じてしまい、粉砕効率

砕効率が著しく低下する。これは被粉砕物の微粉の凝が極端に低下するので、思い切ったボール小径化は困

集（アグロメレーション）が起り、その凝集した微粉難であった。

が、①ミルのライナーや粉砕媒体にコーティングとし

この逆分級現象を解消することを目的に「分級ライて付着してミルの衝撃力が弱まること、②凝集微粉がナー」（図 5.7）が開発された。分級ライナーはミル入

セパレーターにて粗粉側に紛れ込み、ミルに再循環す

口側に向かって傾斜している形状であるため、掻き揚るため、である。粉砕助剤はこのアグロメレーション

げられたボールはミルの入口方向に転がる。また、大を防止することにより、粉砕効率を向上させる作用を

径ボールほどミルの回転力（遠心力）の作用を受けて持つものである。

ミル入口側に移動するため、徐々にボールが分級さ

粉砕助剤の利用条件としては、「助剤添加によるコれ、2 室入口側ほどボール径が大きい分布になる。分

ストアップ」より「粉砕効率改善効果によるコスト低級ライナーの開発によって 2 室に 20～17mm の小径減」の方が大きく、かつ「製品の品質を低下させない」

ボールの使用が可能となり、過粉砕することなく効率ものであることが重要である。したがって、セメント的な微粉砕が行えるようになった。

工業では、効果対コストの面から専らセメントの仕上粉砕に適用され、原料粉砕での利用はほとんど見られない。
仕上粉砕への助剤利用は、米国で 1930 年頃、パルプ廃液から回収したリグニンの有効利用が目的で研究され、効果が確認されて、1932（昭和 7）年、米国で初めて RDA という商品名で販売された。1950 年代

図 5.7

仕上ミル２室用分級ライナー7）（例 4 は「掻揚げ型」と呼ばれる分級ライナー）

半ば頃から、石油化学工業の発展とともに助剤作用のある有機系材料がいろいろ開発され、現在ではもっぱ

分級ライナーと小径ボールの採用で、粉砕電力原単らこの種の石油化学製品がセメント工場で使用されて位が 1～2kwh/t 低減されると報告されている。なお、いる。

2 室入口での粗砕能力も改善されることから、状況に

日本では、需要家側のコンクリートの耐久性への不安の声もあって、米国よりもかなり遅れて 1973（昭よっては 1 室の短室化（2 室の長室化）によってミル
全体の粉砕能力が向上する場合もあるとされる。

和 48）年の JIS セメント品質規格の改正により助剤の使用が認められ、以降、盛んに利用されるようになった。日本では「ジエチレングリコール」が広く使

5.5.4

O-SEPA：日本発の画期的高効率「渦流型エアセパレーター」

われており、他に「トリエタノールアミン」、「アミン「O-SEPA」は、小野田セメント中央研究所の古川

アセテート」などが使われている。

猛所員の独創的アイデアから開発が始まり、1979（昭仕上ミルでの使用方法としては、水で 5～10 倍に希釈したものをミル内にスプレーする方法が一般的で、

和 54）年に最初の実機が完成した画期的な「日本発の高効率セパレーター」である。

添加量はクリンカーに対して重量比 0.01～0.03% であセメント工業の粉砕工程で利用されている分級機る。使用効果としては、助剤添加率 0.01% につき粉砕は、4.6.3 で述べたファン内蔵型のゲーコ型やスター

量が 4～6％増加すると報告されている。

テバント型が「第１世代」、ファンが外付けのサイク
ロンエアセパレーターが「第 2 世代」、そして今日で5.5.3

56

分級ライナー・小径ボール 7）11）

は、欧米はじめ世界的に「O-SEPA は第 3 世代の分級

原料ミル・仕上ミルいずれもミル内部には、①ミル機」とされている。「O-SEPA」は商品名であり、そ胴体の保護と、②媒体の掻き揚げ効果を目的に「リフの後、同じ分級原理に基づくセパレーターが国内外でター付ライナー」が取り付けられている。

発表されるようになり、普通名詞として「渦流型セパ

仕上ミル第 2 室では微粉砕が中心となるため、小径

レ ー タ ー」、「 ロ ー タ ー 型 セ パ レ ー タ ー」「High

ボール（径 20～17mm）を使用して媒体の表面積を増Efficiency Separator（HES）」などの語が使われるよ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchうになった。本稿では「渦流型セパレーター」を使う

こで気流は、回転する渦流調整羽根と整流板⑧の作用こととする。

で精密な水平渦を形成し、渦流調整羽根の回転周速度以下に渦流型セパレーターの元祖・O-SEPA の原
理・構造・運転データ・分級性能およびセメント粉砕工程に応用した代表的な事例を紹介する。

まで加速されながら渦流調整羽根の内側に入り、製品
捕集ダクト⑨へ排気される。
一方、原料投入口①から送入された分級原料は、回転する分散板②および衝突板③を経由して、分散され（1）O-SEPA の原理・構造

15）16）た状態で分級空間に入る。ここで、原料粒子は、ガイ

O-SEPA はエアセパレーターの一種であり、分級原

ドベーンよりの旋回流で１次分級され、渦流調整羽根

理としては、第 1 世代・第 2 世代のセパレーターと同での旋回気流の遠心力と中心方向へ流れる空気流速とじである。すなわち「固体粒子群が受けている外力のバランスにより 2 次分級されて、微粒は製品捕集ダ（重力、遠心力など）と、固体粒子が空気中を運動す

クトより排出され、集塵機で捕集される。一方、粗粉ることによって受ける空気抵抗との釣り合い関係が、回収コーン⑪で回収される粗粉は、3 次空気取入ロよ

それぞれの粒子径、密度によって相異することを利用

りの流入空気により、粒子に付着している微粒子が完して精粉・粗粉に分離する機械」である。

全に除去される。

O-SEPA の大きな特徴は、第 1 世代・第 2 世代のセ
パレーターがいずれもガイドベーン（外周部の固定羽（2）運転データ 15）根）による「自由渦」だけの分級であるのに対し、大型チューブミル（4,000kw）に付設されていたサO-SEPA では自由渦に加えて、回転する渦流調整羽根

イクロンセパレーターを、O-SEPA（N-3000 型）に据による「強制渦」による「二段階分級」であるというえかえた改造前後の運転データを、表 5.6 に示す。

点である。したがって、O-SEPA の型式を正確に表現すると「自由渦・強制渦複合型分級機」ということに
なろう。

表 5.6

 イクロンセパレーターから O-SEPA への改
サ造前後比較 15）

図 5.8 に O-SEPA の全体構造を、図 5.9 に水平断面図を示す。

（3）O-SEPA の特長 4）15）
以下に O-SEPA の特長をまとめる。
a. 分級性能の向上により、動力原単位が低減される。
b.	同一のセメント品質レベルで比表面積が低減でき、
動力原単位が低減される。
c.	粒度分布の改善、セメント温度低下によりセメント
品質が向上する。
図 5.8

O-SEPA の構造 15）

図 5.9 O-SEPA の水
平断面図 15）分級に要する気流としては、粉砕機や輸送機等から吸引した含塵空気や外気、また、その混合体のいずれd.	操作性が向上し、セメント品質の維持、品種の切替えが容易である。
e.	粉砕機や輸送機などからの含塵空気を大量に処理できるため、発塵が減少し、作業環境の改善、機器の寿命延長につながる。

でもよく（O-SEPA の長所の一つ）、1 次空気④、2 次

f.	機器の点数が少なく、フローがシンプルで、機器の空気⑤、および 3 次空気⑩の各空気取入口より導入さ故障低減、操業安定化の効果がある。比較のためにれる。1 次空気および 2 次空気は、図 5.9 に示したよサイクロンセパレーターと O-SEPA のフローシー

うに、各取入口から接線方向に吸引され、ある角度をトを図 5.10 に示す。

もったガイドベーン⑥を経由して、渦流を形成しながら分級空間に導かれる。ここで分級空間とは、ガイドg.	在来の分級機に比べて、据付面積も大幅に減少し、メインテナンスが容易になる。

ベーンと渦流調整羽根⑦の間の領域であり、粒子が分級作用を受けて粗粉と細粉に分かれる空間である。こセメント製造技術の系統化調査

57

の水量が多くなり、セメント強さが落ちる。
この難関に突破口を開いたのが、小野田セメントと神戸製鋼の共同開発で生まれた「OK ミル」であった。
パイロットプラントテストを経て、1988 年 7 月、同社大船渡工場で、世界最初のセメント粉砕用大型竪型
ミル「OK ミル」（130t/h）が運転を開始した。
（1）サイクロンセパレーター（1）OK ミルの構造
上記①②③の問題に対し、OK ミルは以下のような解決策を採った 18）（図 5.11 参照）。
①振動：粉砕ローラー中央部に凹みを設け、粉砕が行
なわれる部位を狭く限るローラー形状にした。この
結果、被粉砕物が圧縮破壊される部位を狭くするこ（2）O-SEPA

図 5.10とができ自励振動が起きにくくなった。同時に粉砕効率を上げることができた。

 イ ク ロ ン セ パ レ ー タ ー と O-SEPA の フ
サローシート比較 15）②摩耗：ローラー中央部に凹みを設けて粉砕が行なわ

O-SEPA は、1985 年、小野田セメントからセメンた。また、ローラー鋳物の材質を改良して耐摩耗性

トプラントエンジニアリングの世界的大手企業・フれる部位を狭くした結果、摩耗の発生も抑制できを上げた。

ラ ー 社（Fuller、 米 国、 現 在 FL Smidth 社 と 合 併 ）③粒 度分布：内蔵された高効率渦流型分級機 OKSへの技術導出契約が成立し、翌年にはクレー社（CLE（注：O-SEPA を竪型粉砕機搭載用に改造）の採用

Technip・仏）とも技術導出契約を締結、欧米のこれで、分級機回転速度、風量、ローラー加圧力、テーら 2 社と日本の小野田エンジニアリング社（現：太平ブルダム高さなどの独立した調整機能を駆使できる

洋エンジニアリング社）から世界に向けて普及が進んことになった。この結果、最終製品品質を決定するだ。また、O-SEPA はその後、高炉スラグ、石炭、石粒度分布を容易かつ広範囲に調整できるようになっ

灰石（タンカル）粉砕、さらにはファインセラミック

た。

ス原料（例：窒化ケイ素、炭化ケイ素）や各種微粉フィ
ラーなど、多様な材料の粉砕工程に応用されてきている。
O-SEPA の発表後、同じ原理を利用した「渦流型」の分級機を国内外の数社が開発している。
5.5.5

仕上（セメント）粉砕用竪型ミル：「OK ミル」
が先鞭をつける 17）18）竪型（ローラー）ミルが、原料工程で粉砕効率が良く省エネルギーになっていることから、竪型ミルをセ（1）OK ミル外観 9）

図 5.11

メント粉砕にも応用しようというアイデアに、欧米も含めて先人たちがいろいろ挑戦を試みた。しかし、なかなか実現できなかった。主な理由（問題点）は以下

OK ミル（2）OK ミル成功の鍵 18)
先人たちの長年の試みにも拘わらず実現できなかっの 3 点であった。

た竪型ミルの仕上工程への適用に、OK ミルが成功し①運転上：被粉砕物であるクリンカーが硬いため、粉た鍵は、「竪型ミル用に改造した O-SEPA を内蔵した」

砕中にミルが振動を起こすことがある。
②メンテナンス上：上記と同じ原因で、粉砕ローラーやテーブルの摩耗・損傷が大きい。
③セメント品質上：竪型ミルでは粉砕産物（セメント）の粒度分布が狭くなるため、コンクリートを練る際

58（2）OK ミル構造図 17）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

ことにある。その開発の思考過程を以下に記す。
①竪型粉砕機において、粉砕効率はローラーのテーブ
ルへの加圧力と線形の関係がある。
②加圧力が高いと粉砕効率の向上とともに製品の粒度分布は狭くなる③加圧力には機械的制約と振動が発生しやすくなるという制約がある。

表 5.7

OK ミルの粉砕能力、動力原単位 17）

表 5.8

OK ミル粉砕セメント品質データ 17）④テーブル層厚を調整するテーブル最外周に設けた堰（ダム）は、低いと粉砕効率は良くなるが運転の安定を損なう。すなわち「ダム高さ」は、上記①②の「加圧力」に近い機能を持ち、粒度分布を変える機能もある。
⑤粒 度分布は一般に、「全体として細かいか粗いか」の要素と「分布が広いか狭いか」の要素がある。
⑥旋回型分級機（従来の竪型ミルの内蔵分級機）も渦流型分級機も、この粒度分布の 2 要素を風量と旋回
羽根の回転速度によって調整する機能を持っている。
⑦いずれの型式の分級機においても、＊風量を増すと製品が粗くなる。
＊旋回羽根の回転速度を増すと細かくなる。
＊旋回羽根の回転速度を調整すれば同じ細かさをそれぞれの風量レベルで達成できる。
＊風 量を大きくすれば、製品の粒度分布は狭くなる。
⑧渦流型分級機における粒度分布の 2 要素の調整機能

この OK ミルの開発成功が引き金になって、他の様は、旋回型分級機のそれに比較して独立して機能す

式の竪型ミルでも「渦流型分級機」を搭載した仕上粉る。

砕用竪型ミルの開発が進められ、世界的にセメント粉⑨セメント粉砕における製品粒度分布は、セメント強砕用竪型ミルの普及が進んだ。

さの発現だけではなく施工性に大きく関係する。粒度分布が狭ければ強さ発現には良いが施工性が悪くなるので、施工性を考えれば、粒度分布はチューブ

5.5.6

仕上ミル用予備粉砕機：セメント需要減少の環境下での省エネ手段 4）7）

ミル粉砕品と同じような分布であることが使いやす「仕上ミル用予備粉砕機」は、仕上工程のチューブ

いセメントになる。

ミルの前段に設置して、粉砕電力原単位低減を図る目⑩以上のことから、「製品粒度分布を変えないで粉砕的の装置である。予備粉砕機としては「ローラープレ

効率を上げる」ためには、「チューブミルから竪型ス式」と「竪型ミル式」がある。「竪型ミル式」は「日ミルへ粉砕機構が変わることを補う分級機構が必本で開発された技術」である。

要」であり、製品粒度分布を自由に調整できる渦流「ローラープレス式」は、対になって噛みこむよう分級機が必要だった。その先鞭を切ったのが OKに回転する 2 つのローラーの間隙に、クリンカーを送ミルである。

り込んで粗粉砕させる方式である。欧州で開発され、比較的安価なため一時期かなり導入されたが、ロール（3）OK ミルの操業実績

17）

太平洋セメント大船渡工場に新設した OK ミルのの寿命やメンテナンス性が十分とはいえず、期待ほどの成果が得られない場合が多かった。

成 績 を、 同 じ クリンカーを粉砕する同工場の 仕 上「竪型ミル式」は、粉砕効率に優れる竪型ローラーチ ュ ー ブ ミ ル と 比 較 し た デ ー タ を 表 5.7、5.8 に 示

ミルから分級機の部分を取除いて簡略化したもので、

す 17）。表に見る通り、OK ミル粉砕セメントの品質

1987（昭和 62）年に秩父セメントが川崎重工と共同

は、普通品・早強品いずれについても、従来品と同等開発した「CKP」が先鞭をつけた。以降、予備粉砕

ないし若干上回る一方で、動力原単位は大幅に改善さ

機では竪型ミルタイプが主流になっている。構造図とれている。

系統図を図 5.12 に示す。
竪型ミル式の導入効果としては、以下の数字が報告されている。

セメント製造技術の系統化調査

59

①仕上粉砕チューブミルの能力：30～60% 増加

イラー通過後に 100℃程度となり、両者とも工業的な②仕上工程の電力原単位：10～20% 低減

利用価値がほとんどない極限に近い状況となる。このため、焼成工程における一層の熱量原単位低減は廃熱発電量の低下につながることとなり、新たな省エネル
ギー投資が経済的に成り立ちにくいという究極的な状
況をもたらしている。いわゆる「乾いた雑巾をさらに絞る」まで省エネを追求する、セメント製造技術者たちの執念を示す廃熱発電の取組み成果である。

（1）構造

図 5.12（2）系統図仕上ミル用予備粉砕機（竪型ミル式）7）5.7 コンピューター制御（コントロール）

4）20）

OK ミルなどの仕上げ粉砕用竪型ミルが開発・商品

本節では、セメント製造工程へのプロセス制御用コ化された時点では、日本のセメント産業は成熟過程か

ンピューター応用技術の発達について述べる。セメン

ら需要減少過程に入っており、仕上ミルの新増設はほト製造プロセスのコンピューター制御は、「セメント

とんどなくなってしまっていた。また、電力原単位削製造の固有技術」＋「温度・圧力・化学成分などのセ減だけでは、竪型ミルへ据替える投資採算は無理であ

ンサー技術」＋「通信・情報処理機器（ハードウェ

る。そのようなセメント市場環境の中で、既存のミルア）」＋「システム統合・制御技術（ソフトウェア）」

を増産しながら電力原単位が下げられる「予備粉砕機が総合される一つの大きなシステムであり、それぞれ付設」は、時代の要請にかなった技術開発だったといの技術が今日でも日進月歩の進化の過程にあり、加ええる。竪型ミル式予備粉砕機の技術も海外に技術導出てセメント産業自体が、「天然原料からセメントをつされている。

くる産業」から、「廃棄物を再資源化してセメントを

5.6

廃熱（排熱）発電：究極までの排熱の回収・利用 7）19）

つくる産業」へと大きく変わりつつあり、コンピューター制御のセメント製造工程への応用も「現在進行形」の流れの中にあるといえる。

SP・NSP キルン系から排出される排ガス熱エネル

なお、コンピューター制御に関する専門用語についギーとしては、①プレヒーター排ガス（キルン排ガス）ては専門書に委ねることとして、本稿では説明は省略と、②クーラー排ガス（クリンカー冷却排ガス）の二する。

つがあることを既に述べた。プレヒーター排ガスは原料乾燥に利用し、クーラー排ガスは、①キルン焼成の2 次空気、②仮焼炉の燃焼空気、③石炭粉砕用乾燥空
気に利用されていることも述べた。1970 年代までは、
排ガス熱利用もそこまでであった。

セメント製造工程へのコンピューター制御導入の流れ 4）20）

1958 年 に 米 国 の TRW 社（Thompson Ramo
Woodridge Inc．）が制御用コンピューターを発表し、NSP 方式の普及によりキルン 1 基あたりの生産規

1959 年 に は リ バ ー サ イ ド セ メ ン ト（Riverside

模が増大したことから、400℃程度のプレヒーター排Cement） 社 が 原 料 調 合 を 中 心 に、 ま た 1964 年 にガスと 250℃程度のクーラー排気の熱を廃熱ボイラー

CPC（California Portland Cement） 社 の コ ル ト ン

で回収し、混圧蒸気タービンと発電機で電気に変換し（Colton）工場で、原料調合と焼成プロセスの制御をてエネルギーを回収する「廃熱発電設備」が 1980 年

中心に試行されるなど、1960 年代の米国でプロセス

頃から急速に普及した。この理由は、クリンカー1 ト

制御用コンピューターの普及が始まった。

ン当りの発電量が平均的に 35～40kW で、5,000t/d の

日本のセメント産業でも、1960 年代初頭から各社

キルンで時間当り約 8,000kW の出力が可能となり、でプロセス制御用コンピューターの導入が始まった。

投資採算に見合うものとなったことによる。

多くの場合、原料工程のコンピューター制御開発が最

廃熱発電設備を備えた NSP キルンでは、焼成工程

60

5.7.1

初に取り組まれた。

のエネルギー利用効率が 80％を超えるまでに改善さ焼成工程についても、やはり 1960 年代から、コンれる。プレヒーター側の廃熱ボイラー出口ガス温度はピューターを用いた操業データの収集とデータ解析に

約 250℃となり、その後さらに原料乾燥などに使用さよって、焼成プロセスの特性解析などを調べることかれて 100℃程度となる。また、クーラー排気も廃熱ボら開発作業がはじまった。セメント製造プロセス、特国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

に焼成プロセスは、入出力の間にフィードバックがあの制御ループの設定値を変更する「セットポイントコ

り、多くの雑音を含むことからモデル化が難しく、そントロール」が行われている。

のためコンピューター制御を行うことは非常に難しいとみなされた。その困難さに対して多くの挑戦的な研究開発が行われ、1970 年頃には各社で焼成プロセス

5.7.2

セメント製造工程におけるコンピューター制
御の難しさ 20）の制御について基本的手法がほぼできあがってきた。

セメント工業で扱う原燃料の大部分は、様々な形

例えば、以下のような方法が開発されていたと報告さ状・性状の固体・粉体であり．付着、詰まり、偏析

れている

20）

。

（粒度や成分などの偏り．分離）、フラッシュ（瞬間的①キルン内の静的数式モデル

な噴き出し）など挙動が不安定で、制御だけでなく計②時系列統計解析に基づく最適化制御の実操業キル

測においても大きな困難が伴う。セメントの窯送り原ンへの適用③コーチング（アンザツ）落ちなどの擾乱検出とその回復最適化操作
その後 1970 年代に入ると、NSP が開発され、燃料が重油から石炭に転換されていった。

料（キルンに送入される原料）は、たとえすべてが天然原料で、その成分のバラツキや平均値がわかっている場合でも、窯に送入する時点での成分を測定できな
いため、焼成工程制御は予測値から調整しなければならない。ましてや、リサイクル原燃料は成分や熱量のこれらの動きは制御にも影響を及ぼした。例えば

バラツキ・変動がさらに大きい。加えてキルン系（プ1980 年前後の石炭転換の時には、従来のアナログ計

レヒーター及びキルン本体）内では、高温下での固体装がディジタル式の 1 ループコントローラに置き換え／気体、固体／液体反応が起こっている。つまり、セられた。

メントキルンは、大きな外乱・むだ時間・分布定数・

1990 年前後には NSP や石炭焼成への転換工事も一

非線形・時変など、制御を難しくする要素の寄せ集め

段落し、DCS（Distributed Control System）を導入のようなシステムである。ステップ応答テストによりして操作室を統合し、省力化によって生産性を上げよ

特性をつかもうとしても、プロセス内に閉ループを持うという取り組みが盛んになった。

ち時間的にゆっくりした反応を示すプロセスであり、1990 年代から、セメント製造プロセスで処理する

テスト中の他の変数の変化の影響や、入力の変化が多廃棄物の種類と量が年を追って増加し、しかもそれらくの経路を通じて複雑に影響し合うことなどのために廃棄物の成分・性状、あるいはプラントレイアウト上

テストが非常に困難となる。

の制約などにより、キルン系のさまざまな位置から系

このようなプロセスに対して、セメント各社のコン内に添加されている。これらのリサイクル資源の使用

ピューター制御開発担当者たちは挑戦を続け、結果を法に合わせて種類の変更や供給装置の起動停止に対応出していった。各社いずれの開発においても共通して

す る た め に は、 処 理 の 高 速 化 と DCS、PLC

いる点は、現場操作（人間の操作）の実態を観測しな（Programmable Logic Controller）との連携が必要不

がら、データ解析に数年以上かけてプロセスの解析を可欠となった。

実施していること、また、協同研究や理論的裏づけ等

2000 年ごろになると、DCS 等の各計測制御機器と社外専門家と共に学術的アプローチによる解決策の検アプリケーション間の通信方法に OPC 標準規格（注討を行っていることである。なお、社外専門家との協2 参照）が用いられるようになってきた。OPC 通信

同研究を行ったことで、他工場への展開や他のプロセ機能により DCS メーカに依存せずプロセス制御用コスへと応用範囲を広げることが可能となり、さらにプンピューターシステムの構築が可能となり、さらに計

ロセスの変化に対して、ロバスト（robust：外的要因

算機の高速化により、プロセス制御用コンピューター

による変化を内部で阻止する仕組みや性質）な設計をにおける制御周期は 1990 年代の分から秒周期へと高行うとともに、パラメーター調整方法を実運転のイ速化が図られた。

メージに近い形にすることで、長寿命の制御システム

2010 年時点での計装制御装置は DCS、PLC による
CRT（Cathode Ray Tube）オペレーションが一般的で、ほとんどは PID（Proportional Integral Derivative）

を構築可能となった。
なお、開発された制御システムの具体例は、文献（20）に詳しい。

制御である。原料調合や焼成プロセスの制御等いくつか の 制 御 に つ い ては、上位にプロセス制御用 コ ン
ピューターを置き、ゲートウェイなどを介して DCS

セメント製造技術の系統化調査

615.7.3

コ ンピューター制御：2010 年時点の現況

まな位置からリサイクル原料が添加されている。そのと今後の課題 4）20）

結果、原料調合における制約条件も増加して、リサイ

日進月歩の IT 技術、その流れの中でのセメント製造技術へのコンピューター制御の 2010 年時点での現
況と、今後の課題について、簡単に触れておく。

クル原料を最大限活用しながら如何に成分を制御するかが最重要課題になってきた。
一般的に用いられてきたガラスビード法による蛍光

近年、リサイクル資源の種類・量の増加と主燃料でＸ線分析は、従来から十分な高精度が得られるものである石炭の種類の多様化によって、それらを使いこなあったが、当時の工程管理の体制としては、現場でのすための操作が煩雑化しており、セメント製造工程の試料採取から試験室への搬送、試料の前処理（粉砕・不安定化にもつながりかねない。また、需要の変化に溶融ビード作成）、蛍光Ｘ線分析まで基本的に人手に伴う生産量の大幅な変更（例えば 5,000t/d のキルンより行う必要があった。このため、分析頻度は 1～2

で 4,000t/d の抑制運転をするなど）により、従来の時間に 1 回程度が限界であり、調合原料の化学成分の制御方法では系の安定化が難しくなり、オペレーター

安定化を図るうえでの制約のひとつとなっていた。

の負荷も増大している。高温処理の必要なリサイクル

これに対して、現在の主要な方法は、上記のすべて

資源の多くは原料工程と焼成工程で処理しており、リを自動化（現場自動サンプラー⇒気送管による空気搬

サイクル原燃料を最大限活用しながら、如何に原料成送⇒ロボットによる試料前処理⇒蛍光Ｘ線分析）した分や燃焼状態を制御するかが最重要課題になっていものである。得られた分析データは、コンピューター

る。

による「モデル予測制御」を行う原料調合システムにセメント製造工程のうち仕上工程は、被粉砕物であ

自動転送され、各種原料の調合比率の自動コントロー

るクリンカーが「化学製品」であり、硬さや成分などルが行われている。自動化することにより分析頻度を性状面での変動が少ないので、自動制御だけの時代に従来に比べて大きく増すことができ（例えば、3～4もかなり効率的な運転ができていた。したがって、コ回／時間）、調合比率をより繊細にコントロールする

ンピューター制御の導入も、原料・焼成工程に比べれことが可能となった。複雑化した原料事情のなかで、ば比較的容易な対応であった。

化学成分の安定度への寄与は大きいといえる。
原料調合制御には「モデル予測制御」をほとんどの（1）原料調合制御21）22）23）

セメント会社が採用している。その理由は、モデル予

原料工程は、オンライン（on-line）蛍光 X 線分析

測制御が多入力多出力の制御システムを容易に実現で装置とコンピューター制御の組合せで、1960 年代後き、かつロバスト性にも優れていて、リサイクル原料

半には原料調合に飛躍的な発展がみられ、ブレンディ

比率の増加に対応するのに適しているからといえる。

ングサイロとの組合せで、乾式法の泣き所だった「均従来は、調合した結果の成分を分析し、それを目標値斉化」の問題が大幅に改善され、湿式法を完全に過去に合わせるために調合割合を調整するフィードバックのものにした（4.8 参照）。

制御であったが、「リサイクル資源を成分限界まで優工場における調合原料成分の分析手法としては、一先的に使用する」ことが制御目標に追加されている。

般的にはガラスビード法による蛍光Ｘ線分析が主流で

なお「モデル予測制御」についての説明は専門書にゆあったが、小野田セメント（現・太平洋セメント）でだねる。

は、ガラスビード法の装置の他に特殊な粉末プレス機

このような工程管理用化学分析の自動化システム

構を用いた連続測定装置が現場設置され、調合原料のは、焼成工程や仕上工程についても組み上げられてい化学成分が管理されていた。ただし、この装置は高いる。原料工程に関しては化学成分の分析を行う蛍光Ｘ

分析精度を求めるものではなく、成分変化を連続的に

線分析装置だけであるが、焼成工程や仕上工程では捉えて傾向管理を行うことを主眼とするものであっ「リートベルト法」（注 3）による解析が可能な粉末Ｘた。後述のような新たなシステムが進歩したことなど

線回折装置を組合せたシステムも多い。化学成分と同もあって現在では用いられなくなったが、連続的な管時にクリンカー／セメントの f.CaO（フリーライム、理を可能にしたという点で当時としては優れた特徴を

焼成度の指標）や鉱物組成を自動的に定量することが持った方式であった。

できるようになり、少人数体制のなかでオペレーター

1990 年代になるとリサイクル原料が活用されるよ
うになり、その種類と量は増え続け、その成分、性状、設備レイアウト上の制約などにより、工程内のさまざ62

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

や品質管理要員が迅速に適切なアクションを取るうえで大変に役立っている。

（2）焼成プロセスの制御 20）なり協同研究等社外専門家の知恵も借りて開発を行っ

焼成プロセスのなかでもプレヒーター部のリサイク
ル資源の使用が増大している。プレヒーター部の原料
通過時間は数秒であり、従来のロータリーキルン部の分周期の制御とは異なって秒周期の制御を必要とする。

ていくというような開発体制の構築がますます必要になっている。

1970（昭和 45）年以降の省エネル

5.8 ギー技術の成果の総括

1）

また、リサイクル燃料の変動とプロセス内の閉ルーセメント製造に用いられるエネルギーは、「熱エネ

プに関係する部分の変動は、周期等その影響が大きく

ルギー」および「電力エネルギー」である。この第 5異なるため、それぞれ個別に調整可能な制御構造とし章では、1970 年代以降に導入あるいは開発されたセている。これらの影響度の調査には、多変量自己回帰

メント製造装置・製造方法について述べてきた。そのモデルで開発された統計的解析手法を含めた解析を技術導入・技術開発は「省エネルギー」が主たる目的行っている。さらに、手動で行っていたリサイクル燃であった。以下に、結果として実際にどれだけエネル

料供給装置の起動／停止操作、詰り検出とその回復処

ギー原単位が改善されたのか、について述べる。

理等のノウハウを、運転支援システムと呼ばれるパッ
ケージソフトを使用し最適化／自動化を図っている。

5.8.1

熱エネルギー原単位の推移

これらの操作は 1990 年代末までは DCS や PLC で行

2011 年現在、セメント工場で使用される熱エネル

われていたが、リサイクル資源による天然原料代替のギーは、石炭が約 73％、石油コークスが約 12％、廃増大により、その操作頻度が増し連続制御との連携が油や廃タイヤ等の産業廃棄物・副産物等が約 14％で、必要となった。2000 年以降各社で運転支援システム

重油は僅少（約 1％）である。石炭は中国、豪州、ロの導入が進んでいる。

シア、インドネシアなどから輸入している。なお、石炭を燃焼させたときの発熱量は 27～29MJ／kg 程度（3）コンピューター制御技術開発の課題

20）

近年、ネットワーク上でデータ収集、プログラムのである。今日のセメント焼成工程における熱エネル
ギーの回収およびその利用の状況を図 5.13 に示す。

改造、修正等が集中管理して行えるようになった。さらに、OPC 通信機能を用いることで、運転支援シス
テムをはじめとしたパッケージソフトや開発ツールの利用が可能になってきた。
一方、セメント需要の減少傾向が強くなり始めた

燃焼熱 96％
入熱 100%2000 年頃から計測制御技術者が減少し、2010 年時点
では半減しており、開発技術者がいなくなった会社もあると伝えられている。そのため、本来製造業の計測制御技術者が行うべき「制御理論と製造現場との橋渡し」を行うことが難しい状況になってきている。
新しい制御理論を持ってきても、オペレーターの理

原料、冷却空気等顕熱 4％

図 5.13

セメント工場の熱エネルギーの流れ 1）

解とプロセスに対する理解が伴っていなければ制御性

図 5.14 には、セメント製造用熱エネルギー原単位の向上がないのは当然で、色々な新技術にチャレンジ（セメントを 1 トン製造するのに必要な熱エネルギー）

し現場に適用しても、いつの間にか使われなくなったを示す。図に見るとおり、1970～1990 年度の 20 年間というようなことは、他産業と同様セメント産業でもで、熱量原単位は約 40％低減している。この最大の決して珍しいことではない。特にリサイクル資源使用

要因は、既に述べてきたように、旧来の乾式ボイラー

方法の変化が激しいこの時期に、現場の変化に対応し付キルンや湿式キルンに比べてエネルギー効率が飛躍ていかなければ、現在稼働している制御システムもい的に優れ、かつ量産効果の高い SP・NSP キルンへのずれ使われなくなってしまう可能性がある。

転換が進んだことであり、1997 年度には国内全てのそのため、パッケージソフト、汎用のツールを利用

キルンが SP・NSP となった。

して出来る限り効率的に開発を行うとともに、プロセ

近年、セメント製造用の化石起源の燃料の一部代替

スの知識や運転ノウハウの必要性の高いモデリングやとして可燃性の廃棄物（熱エネルギー代替廃棄物）が工程解析、制御の現場調整に関しては、自社が中心と利用されている。省エネ法（正式名「エネルギーの使

セメント製造技術の系統化調査

63

用の合理化に関する法律」）のエネルギーの定義（第2 条）には、「廃棄物の燃焼によるエネルギー」は含
まれていないので、セメント製造用熱エネルギーの原
単位は、廃棄物起源の熱量をゼロとみなした数字で表示することを基本とし、廃棄物熱量を含めた数字は「参考」として提示している。実際のところ、「廃棄物
中の可燃物が、熱量として焼成プロセスにどの程度寄与しているのか」を明瞭に把握するのは困難である。

図 5.15 1970 年以降の電力エネルギー原単位の推移 24）

5.8.3

エネルギー原単位の国際比較

日本のセメント産業が達成した産業技術史上の輝かしい成果「世界最高水準の省エネルギー技術」を後世に伝える具体的表現として、エネルギー原単位の国際比較を図 5.16 に示す。
注）エネルギー代替廃棄物等使用量の調査は 1980 年度に開始
図 5.14 1 970（昭和 45）年以降の熱エネルギー原単位の推移 24）

5.8.2

電力エネルギー原単位の推移

1970 年以降の電力エネルギー原単位の推移を、図5.15 に示す。
セメント製造における熱エネルギーの有効利用策の一つとして、廃熱発電（4.2.2 及び 5.6 参照）が行われている。廃熱発電は、排ガスの持つ熱エネルギーを利用して発電を行うものである。廃熱発電により得られた電力エネルギーは、電力会社からの買電や自家火力発電による電力エネルギーとは区別し、プロセスが消費した総使用電力から廃熱発電分を差し引いた電力を「基本」とし、総使用電力は「参考」として提示している。
図から分かる通り、1970～1990 年度の 20 年間で、電力原単位は約 20％低減している。
これは、原料工程において粉砕効率の優れた竪型ミル（5.4.2 参照）が、また、仕上工程において粉砕助剤（5.5.2）、分級ライナー・小径ボール（5.5.3）、渦流式分級機（5.5.4）、予備粉砕機（5.5.6 参照）などが積極的に導入された等の結果である。
しかし、近年は廃棄物・副産物の利用の拡大に伴い、そのハンドリング（破砕・混合・搬送など）のための電力が必要になって、若干上昇傾向にある。

64

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

図 5.16

エネルギー原単位の国際比較 25）

クリンカー ton 当たり エネルギー消費量指数比較（日本＝ 100、2003 年）
原データ出所：The International Energy Agency、2008 年
電力については 1MWh=0.086/0.33toe にて換算
（toe：石油換算トン（ton of oil equivalent）1toe=41.8605GJ）

注 1： エアスエプト（ミル）通常のミルでは、内部の通風は「外部への発塵を抑える」
ことを目的に、ミル内部を若干負圧にする程度の通風である。これに対し、エアスエプトミルは、ミル内部の冷却・乾燥・微粉除去などを目的にして、ミル内通風を強化したタイプのミルをいう。
注 2： OPC（OLE for Process Control）
米国 OPC Foundation が策定した国際標準のアプリケー
ション間通信インターフェイスの統一仕様をいう。
注 3： リートベルト法 21）1969 年にオランダ人結晶学者ヒューゴ・リートベルト
が中性子回折のために考案した手法で、X 線回折を適用したものを XRD／リートベルト法と呼ぶ。XRD／リートベルト法では得られた X 線回折図に対して、理論的な回折プロファイルを最小二乗法で精密化し、各鉱物の結晶構造パラメーターを決定する。これにより結晶構造を精密化することが可能となる。近年、セメントのような複数種の鉱物を含む試料にも、本法が適用されるようになり、その際、結晶構造と同時に尺度因子とよばれる各相の比率を示すパラメーターも精密化される。これにより、どの鉱物がどれだけ試料中に含まれているか知ることができるようになりつつある。

13）鈴木健司，今橋一博，古閑忠之，大桐隆夫，大型
ロッシェミルの低圧損化について，第 40 回セメ
ン ト 製 造 技 術 シ ン ポ ジ ウ ム 報 告 集，pp. 62-67，
1983.
14）内田郁夫，秩父セメント（現・太平洋セメント）
社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp.

参考文献
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2） 日本セメント株式会社，日本セメント百年史，
1983.
3） 小野田セメント株式会社，小野田セメント百年史，1981.
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5） 岡部達夫，秩父セメント（現・太平洋セメント）
社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp.
41-51，1978.
6） 須藤勘三郎，佐田益男，秩父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セメント読本 第 4 巻 製
造技術」，pp. 130-144，1978.
7） セメント協会，生産技術専門委員会報告 T-22 省
エネルギー・省資源技術に関する報告書，2002.
8） 林雄之輔，秩父セメント（現・太平洋セメント）
社内資料「セメント読本 第 4 巻 製造技術」，pp.
77-83，1978.

15）豊岡重利，大宅智，小川喜久雄，高性能分級機

O-SEPA によるセメントミルの実績，第 45 回セ
メント製造技術シンポジウム報告集，pp. 31-36，
1988.
16）玉重宇幹，2015 年 5 月 26 日付私信
17）尾花博，佐藤晃一，玉重宇幹，在津賢一，上田敏之，浜口正記，セメント粉砕用大型 OK ミルの操業実績，第 45 回セメント製造技術シンポジウム
報告集，pp. 25-30，1988.
18）尾花博，、2015 年 8 月 1 日付私信

19）内田貴久，渋谷恭一，関和富一，外谷与生，蒲生正夫，井原友水，中利浩，セメント工業における排ガス発電について，第 38 回セメント製造技
術シンポジウム報告集，pp. 18-23，1981.
20）武智伸夫，セメント産業－その変容を支える計測と 制 御 技 術 －， 計 測 と 制 御，Vol.50, No.8/9,
pp.640-644，2011.
21）太平洋セメントホームページ，2015 年 9 月．

9） 太平洋セメント株式会社提供
10）近藤希賢，渡辺則幸，高椋淳之，ドポールキルンの運転実績について，第 21 回セメント製造技術
シンポジウム報告集，pp. 33-42，1964.
11）一柳俊一，黒滝厚俊，根岸

31-35，1978.

保，秩父セメント（現・太平洋セメント）社内資料「セメント読本
第 4 巻 製造技術」，pp. 96-111，1978.

22）岡村隆吉，セメント製造と人との関わり，コンク
リート工学，Vol. 52, No.9, pp. 759-764，2014.
23）岡村隆吉，2015 年 11 月 24 日付私信24）セメント協会，パンフレット「環境にやさしいセ
メント産業」，2015.
25）セメント協会ホームページ，2015 年 9 月．

12）宇部興産株式会社，中安閑一伝，1984.

セメント製造技術の系統化調査

65

6 環境保全技術・地球温暖化対策
本章では、以下の 2 点について述べる。

があるため、そこでの NOx の発生は避けがたい。し（1）1970 年代に環境関係の規制法が整備され、セメ

かし、その NOx は、その後の排ガスが煙突から大気ント会社も厳しい対応を迫られたが、「既存技術中に排出されるまでの過程で吸収されることがないたの徹底利用」の上にさらに「新規技術開発」を加め、工場によっては厳しい対応を迫られるケースも生えて、厳しい規制値をクリアしてきた。

じてきた。窒素酸化物に対する技術的対応策につい（2）1990 年代以降「地球温暖化問題」が大きく取上て、6.1.1 項で説明する。

げられるようになった。セメント産業は、燃料のセメント中には、後述する理由から、極々微量の重燃焼による二酸化炭素（燃料起源 CO2）に加え、金属（Cu、Pb、Zn など）が含まれている。水質汚濁

原料の石灰石の脱炭酸でも二酸化炭素（プロセス防止法関連の規制が整備され、生コンクリート工場や起源 CO2）を排出する宿命を負っており、セメン

コンクリート製品工場に「排水基準」が適用されるよト企業間で国際的な組織を設立、互いに手を結んうになると、これらの工場から排出される排水中の重で対応策を研究する取り組みを進めている。

金属が監視対象になり、セメント中の重金属量についても、しっかりと管理する必要がでてきた。この「セ6.1 環境保全技術開発

メント中の重金属対策」について、6.1.2 項で説明する。

1968（昭和 43）年に「大気汚染防止法」が制定され、さらに 1970（昭和 45）年のいわゆる公害国会と呼ば

66

6.1.1

窒素酸化物：ＮＳＰ化が切り札 1）

れた第 64 回国会において、大気汚染防止法の大幅なセメントキルンから発生する窒素酸化物（ノック

改正や騒音規制法の制定がなされた。一方、大正時代

ス・NOx）は、キルン系に吹込まれる燃料の燃焼にに浅野セメント深川工場で公害問題が発生（4.11.1 参伴って発生する。燃焼炉から発生する窒素酸化物に照）して以降、各社各工場は、電気集塵機やバッグ

は、その発生のメカニズムから、燃焼自体によって空フィルターの設置、騒音対策の実施などを行い、その気 中 の 窒 素 が 酸 化 さ れ て 発 生 す る「 サ ー マ ル

過程でいわゆる「五感に感じる公害」については、問（Thermal）NOx」と、燃料中に含まれている微量の題に対する対応技術の蓄積がほぼ出来上がっていた。

窒素酸化物が燃焼（酸化）されて発生する「フュール

しかし、上記 1970 年の公害国会以降、大気汚染防（fuel）NOx」がある。セメントキルンから発生する止法、水質汚濁防止法、騒音・振動対策防止法等々のNOx は、高温燃焼によって発生するサーマル NOx が法律およびその後の改正を通じて、五感に感じる公害

大部分であるとみなされている。

だけではなく、「窒素酸化物」「硫黄酸化物」あるいは2014 年時点でのセメントキルンに関する国の NOx「セメント中に含まれる重金属」など、法的に一層広の 排 出 基 準 は、1975 年 以 前 か ら の 設 備 に つ い て は

い範囲の「環境規制」がかかるようになってきた。

480ppm（O2：10% 換算）、1975 年以降に新設の設備

セメント製造工程における硫黄酸化物（SOx）は、については 250ppm とされている。しかし、地方自治

発生源のほとんどが燃料中の硫黄分である。しかし、体によっては、条例で上乗せ規制をしているケースもセメントキルンは燃焼排ガスが石灰石原料と熱交換すある。セメントキルンに対する NOx 規制の内容が発る装置であるため、SOx は熱交換過程で原料中に取表された 1977 年時点では、480ppm を超えている工

り込まれ、最終的には硫酸カルシウム化合物の形でク場・キルンが一部にあることが判明していた。

リンカー中に含まれてキルンから排出される。とりわ

セメントキルンにおける NOx 発生のメカニズムと

け SP・NSP キルンは、排ガスが石灰石と熱交換する

しては①燃焼フレームの最高温度、②最高温度の持続

プレヒーターが巨大な「脱硫装置」にもなっており、

時間、③燃焼空気比、これら 3 要因の相互作用だとさ

ほとんど対策の必要性は生じなかった。

れている。一方で、これら 3 要因は「高品質のクリン

一方、窒素酸化物（NOx）は燃料の高温燃焼過程

カー」を焼き出すためにも重要な要因であり、「NOxで必然的に発生するために、セメント業にとって大き規制をクリアすること」と「高品質のセメントを作るな問題となった。クリンカー焼成には、バーナーでこと」とが相反する方向にあることが、セメント工場

1500℃程度の高温のフレーム（火焔）を形成する必要にとって非常に悩ましい問題となった。各社は自らの国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

生き残りをかけて NOx 対策に取り組むと共に、業界利用されるようになってきたので、土とセメントを混としても低 NOx バーナーの共同開発に取り組むなどぜた「改良土」が、土壌に関する重金属の規制に適合の努力を行った。それらの努力の結果、以下のようなすることの確認も必要になってきた。かくして、セメNOx 低減対策が有効であることがわかってきた：ント会社としてはセメント中の重金属について、しっ

1）NSP 化：燃焼が回転窯と仮焼炉の 2 か所に分けられるので、高温域を要する回転窯の燃料の比
重が下がり、NOx が低減される。
2）低 NOx バーナーの採用：バーナー構造の改善で、①フレーム中の NOx 還元領域を安定形成・拡かりと管理する必要が生じてきた。
重金属対策として重要なポイントは以下の 3 点である：①製造工程に持ち込まれた重金属は、そのままセメントに含まれて出てくる。

大し、②微粉炭の均一な噴出と最終的な燃え切②従って入量を抑えれば、出量も減少する。

り性能を確保する。

③重金属の存在は、セメントの品質（強さや凝結）

3）緻 密な運転管理：焼成炉出口 NOx 値を運転指にほとんど影響しない。

標に使い、NOx 値が高くなれば、バーナーのフ

そのようなことで、各社は受入原料中の重金属量にレーム操作や低空気比燃焼などで NOx を下げ

自主基準を設けて、問題が起こらないように対応してる操作を行う。

いる。

4）下水汚泥など、脱硝効果（還元効果）のある廃棄物原料を利用する。
5）脱硝剤添加：アンモニア、尿素などをプレヒー
ター部の高温ガス中に添加する。

なお、セメント産業が「循環型社会構築貢献産業」
を目指すようになって、各種産業廃棄物や都市ごみ廃棄物を代替原燃料として積極的に受け入れるようになって以降は、重金属問題は、セメント会社にとって結果的に現在では各社とも、それぞれの状況に応じは、受身ではなく、積極的に取組むべき重要な課題とて 1）、2）、3）、4）の対策の採用できるもの全てを採なってきており、そのための技術開発も進められてい用し、それでもなお規制値を超える部分の NOx に対る。この点については、第 8 章で述べる。

して 5）を使用しているようである。2014 年の我が国のセメントキルンは全て SP・NSP で、そのうち NSP
はキルン数で 83％、生産能力で 86％となっている。

6.1.3

キルン排ガス処理にバッグフィルター採用

セメント工場のキルン排気ガスの処理には、従来から電気集塵機（EP、コットレル）が使用されてきた

6.1.2

セメント中の重金属が、最近、多種・多量のリサイクル資源が原燃料としセメント原料は、塩基性質原料である「石灰石」と、て使用され、EP の安定運転阻害や劣化等の問題が発

酸性質原料である「粘土類」で構成される。粘土類の生し、工場操業に対するリスクが高まってきた。一主 た る 成 分 は、SiO2、Al2O3、Fe2O3 で あ る。 こ の 3方、低熱発電の採用で最終的な排ガス温度が 100℃程

成分間の比率を調整するために、Fe2O3 源として鉱滓度まで低下し、かつアラミド繊維のような耐熱性繊維（銅がらみなど）が利用される。この鉱滓類の中に、が開発され、キルン排ガス処理にバッグフィルターが微量ながら重金属（Pb、Cr など）が含まれている場

使える条件が整ってきた。2005 年、太平洋セメント合があり、その場合には焼成工程を経て、最終製品では熊谷工場の既設の EP を解体撤去し、バッグフィル

あるセメント中に残存することになる。

ター化する工事を行い、工場の安定操業に改善があっ日本のセメント産業 140 年の歴史の中で、セメントに含まれる重金属が人体に有害な影響を及ぼしたとい
う報告はされていない。しかし、1970 年代以降、水質汚濁防止法関連の規制が整備され、生コンクリート
工場やコンクリート製品工場に「排水基準」が適用さた。その後、キルン排ガス処理へのバッグフィルターの採用が業界内に次第に広がってきている。

6.2 地球温暖化対策

2）

れるようになると、これらの工場排水に含まれる重金

1992 年 6 月に開催された地球サミットを契機とし属が監視対象になった。生コン工場やコンクリート工て、全地球的（グローバル）に「地球温暖化」に関す場が、余ったコンクリートを処理した後の排水や、床る問題意識が高まった。国内でも、京都議定書におけや設備などの清掃に使った排水に、セメント中の重金る削減目標の実行のため、産業・運輸・民生等各部門

属が溶出してくる可能性があるのである。また、セメ

で種々の取り組みが開始された。セメント産業においントが軟弱地盤改良材、廃棄物の埋立用固化材としてては、製造コスト削減対策として取り組んできた省エ

セメント製造技術の系統化調査

67ネルギー対策が、燃焼起源 CO2 の排出削減につなが代替として使う場合の CO2 削減効果」について触れることは明らかである。その一方で、セメント産業にておきたい。廃プラスチックなどは原料が化石燃料でとって悩ましいのは、原料の石灰石が脱炭酸する過程

あり、燃焼すれば CO2 の増加につながる。その点でで発生するプロセス起源 CO2 である。このような事は「二酸化炭素中立」な廃木材などバイオマス系の廃情を踏まえたセメント産業の地球温暖化問題への取組

棄物とは異なる。しかし一方で、廃プラスチックなどみについて、以下に説明する。なお、セメント製造での可燃性廃棄物を焼却炉で焼却する場合に比べれば、発生する温暖化ガスは CO2 がほとんど全てであり、セメント工場で燃料代替として使うことが CO2 削減

他の温暖化ガスの発生については、科学的に見て無視になる。その理由を図 6.1 に示す。可燃性廃棄物を焼できる微量である。

却炉で燃した場合は、大気中に CO2 を排出するだけで終わるが、セメント工場の焼成工程で利用する場合

6.2.1

温暖化ガス（CO2）の排出減少対策には、廃棄物の熱量（もちろん全量ではないが）が化

日本のセメント工場のポルトランドセメント製造工

石起源エネルギーの一部を代替することになり、セメ

程 に お け る CO2 の 発 生 量 は、2014 年 で 0.73kg-CO2/

ント工場の排出 CO2 量は同じでも、地球全体としてkg-cement である。発生源は、①燃料の燃焼（排出みると CO2 の削減になるのである。

CO2 の約 45％）と②石灰石の脱炭酸（同 55％）である。これに対するセメント産業の現時点での技術的な対応策としては、以下の方策がある。
（1）省エネの徹底（2）脱炭酸された石灰質廃棄物の原料への利用（3）バイオマス（植物系）廃棄物の燃料への利用（4）混合セメントの利用（5）混合材の利用
図 6.1（1）省エネの徹底
本件については、既に述べてきたとおり、産業の草創期以来、文字通り「不断の努力」を続けてきており、

 メント製造でのエネルギー代替廃棄物等使セ用による CO2 排出量低減 2）（４）混合セメントの利用

とりわけ 1970 年代以降の省エネの進展には目を見張JIS 規格にある混合セメントの種類や内容についてるものがある。また、エネルギー原単位も世界のトッは第 8 章で詳説するが、ポルトランドセメントに高炉プレベルである。それら点については、すでに 5.8 でスラグやフライアッシュ（石炭灰）などを混合した製述べた。

品なので、混合材による希釈分だけ「セメント」1 ト
ン当たりの CO2 排出量は少なくなる。

（2）脱炭酸された石灰質廃棄物の原料への利用

国内セメント業界各社は、混合セメントの供給体制をすでに整えている。しかし、どのセメントを購入・（3）バイオマス（植物系）廃棄物の燃料への利用
これら（2）
・（3）項についての技術開発状況は第 9

混合セメント（高炉セメント・シリカセメント・フラ

章で述べるが、利用にあたっては以下のような制約条

イアッシュセメント）の構成比は、全セメント生産量件があるケースも多い。

の 25％程度となっている。混合セメントの生産比率①発生量が限られている場合も多い。
②利用（入手）できる地域が限定される。
③廃棄物の化学成分から使用量に制約を受ける場合もある。

の推移を図 6.2 に示す。
日本のセメント産業にとって、廃棄物処理は大きな収益源に育っており、各社各工場とも、セメント品質に影響のないぎりぎりの限度まで、廃棄物を原燃料としかし、廃棄物の利用は、（1）の省エネの場合と同して取り込んでいる。従って、①セメントの需要が伸様、セメントの製造コストの削減にもつながるので、

びず、②廃棄物処理の技術水準が現状のままで、③混

利用拡大のための技術開発が、今後とも続けられるこ合セメントの比率が増えていくと、「セメント工場でとは間違いない。

の廃棄物の処理量にマイナスの影響が出てきて、焼却

なお、ここで「可燃性廃棄物をセメント工場で燃料68使用するかは需要家側の判断であり、2012 年度では、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

炉での処分が増えて、最終処分場の寿命が短くなる」、

暖化問題について、共通している課題については共通の認識を持って、国際的な連携で取り組みを進めよう、という趣旨で、1990 年代以降いくつかの国際的な連携が始まった。ここでは、代表的な 2 件の国際的な連携活動を紹介する。
（1）
「クリーン開発と気候に関するアジア太平洋パー
トナーシップ（APP）」2）
APP は、2005 年 7 月、米国の提案により、日本、
図 6.2

混合セメント生産比率推移

3）

米国、オーストラリア、中国、韓国、インドの 6ヵ国が協力し、「クリーンで効率的な技術の開発・普及をという「環境」に関してトレードオフの関係が生じる。

通じて、環境問題、エネルギー安全保障、気候変動問

セメント製造工程における廃棄物処理技術開発が、地題へ対処する」ことを目的として、各国官民の参加で球温暖化防止対策としても重要な取り組みになってき発足した。2007 年 10 月には、カナダが加盟し 7 カ国ている。

となった。この APP では、増大するエネルギーの需
要、大気汚染、エネルギーの安全保障、および温室効（5）混合材の利用
日本のセメント業界の地球温暖化対策への真摯な努

果ガス濃度に関する課題について、政府と産業とが共同して取り組んだ。

力の一つとして、1979 年の JIS 改正に際して、「ポル活動した 8 つのセクターのうち、セメントセクター

トランドセメントに対して、少量混合成分を 5％まで

は日本が議長国となり、セメント協会は政府（経済産

混合すること」が、業界の要望で認められた。少量混業省）と協力して、APP に参加している途上国に対合成分としては、JIS で高炉スラグ、フライアッシュ、して、省エネ技術の紹介、セメント工場からの CO2

シリカ質混合材、石灰石の 4 種類が認められている。

排出量の計算方法の説明などを行った。

このことによって、ポルトランドセメント 1 トンの製2011 年 4 月に APP の活動は終了したが、日本のセ造で排出する CO2 量は、最大 5％削減されることにメント産業は、①日本のセメント製造用エネルギーのなった。

使用状況、②省エネ技術（設備）の導入状況、③廃棄物の利用状況、などを世界に発信して、各国のセメン

6.2.2

温暖化ガス排出削減のためのセメント産業のト製造用エネルギーの削減や循環型社会への構築に貢グローバルな連携取組み

献をしていく方針を掲げている。

地球温暖化問題に関しては、いずれの国のセメント産業も共通して以下の課題を抱えている：①エネルギー多消費産業である。
②し かも、製造工程では燃料起源の CO2 のみならず石灰石脱炭酸の CO2 も加わる。

（2）
「WBCSD」および「 WBCSD のセメント産業部会（CSI）」4）
セメント企業として国内最大の太平洋セメントは、
WBCSD（World Business Council for Sustainable

一方で、地球温暖化問題は地球全体に影響の広がる

Development、持続可能な発展のための世界経済人会「グローバルな課題」であるのに対し、その対策に関議）および WBCSD の産業部会として 1999 年に発足する各国政府の方針は、自国の産業の保護・育成などした CSI（Cement Sustainability Initiative、セメンの問題もからみ、先進国、開発途上国等それぞれの国ト産業部会）の活動に積極的に参画し、海外セメント

家間で大きなばらつきがある。同じくセメント企業側

企業と協力して社会・環境問題に効果的に対処すべに関しても、企業規模についていえば、いわゆる多国

く、セメント産業の「持続可能な発展」に向けた取り籍企業から 1 社 1 工場のローカルメーカーまで、立地組みを進めてきている。

についていえば、市街地近接の工場から砂漠の中の工

CSI のこれまでの具体的な活動成果として、以下の場まで、生産規模についていえば、年産 1 千万トンのようなガイドライン（世界中のセメント企業に準拠を

工場から数十万トン規模の工場まで大小さまざまであ勧める基準）をまとめている。

る。
このような状況の中、セメント産業に関する地球温①セメント産業向け CO2・エネルギー算定基準②セメント製造過程における原燃料の利用のためのセメント製造技術の系統化調査

69ガイドラインや「計算方法」の基準を策定したものが、①の「算定③セメント産業における安全：測定と報告に関するガイドライン

基準」である。これによって、多国籍企業からローカ
ル企業まで、世界中のセメント会社が「同じ基準で容④セメント産業向け安全衛生マネジメントガイドラ
イン

易に」自社関連の CO2 発生量を算出できるようになり、各社公表数字の相互比較が可能になった。政府へ⑤セメント産業用大気汚染物質の監視・報告ガイド
ラインの排出量報告や CO2 削減目標設定なども、世界のセメント業界が同じ算出方法で行う体制ができたと言え⑥地域社会の影響評価ガイドライン⑦鉱山修復ガイドライン

る。
なお、CSI には、日本からは太平洋セメントのみの

ここで地球温暖化問題に関連して重要な成果は①の参加であるが、実態的には日本のセメント業界代表の「CO2・ エ ネ ル ギ ー 算 定 基 準 」（Cement CO2 and形であり、CSI の協議内容や合意事項はセメント協会

Energy Protocol: CO2 and Energy Accounting and

を通じて国内各社に共有されている。

Reporting Standard for the Cement Industry）である。
セメント産業の企業活動によって排出される CO2

70

参考文献

は、焼成工程に限られるものだけではない。鉱山での

1） 環境省ホームページ，セメント業における NOx

原料採掘、セメントを工場から需要家まで運ぶ輸送機

排出対策技術・運転管理技術，2015 年 11 月．

関から発生する CO2、使用電力源における発生 CO2、

http://www.env.go.jp/en/water/wq/ine/pdf/

購入原料（例えば鉱滓や石膏）の製造時の CO2、そのtool/3_guideline-fixed%20sources-jp.pdf

輸送時に発生する CO2、などなど、非常に多岐にわた

2） セメント協会，セメントの常識，2013.

る。そこで、セメント企業が「自社の企業活動に伴う

3） セメント協会ホームページ，2015 年 10 月．

CO2 排出負荷」を計算する「対象範囲（boundary）」

4） 太平洋セメントホームページ，2015 年 6 月．

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

7 セメント化学の進歩
セメント業界に限らず、製造業にとっては「良い製

水と反応して硬化する過程を水和反応という。ここで品を安く作る」ことが、時代を超えて変わらぬ使命でも、「水和反応過程」と「水和物のキャラクタリゼーある。本稿「セメント製造技術の系統化調査」でも、ション」がセメント化学の主たる研究対象になる。

第 2 章から第 5 章までは、主として「安く作る」ため

本章では、まず「セメント製造技術の系統化」の内の技術進歩を述べてきた。一方、「良いセメント」を容理解に必要な範囲内に絞って、焼成反応、水和反応

作るには、セメント化学の知識とそれに基づく知恵がおよびそれらの反応生成物について、基本的な内容を重要な役割を果たす。本章では、近代セメントの発明

簡単に紹介する。それらの基本的知識を前提に、近代以来今日までの「セメント化学」の発展について述べ、

セメント発明以来今日までのセメント化学の進歩につ

第 8 章で扱う「セメント品種の多様化」すなわち機能

いて述べることとする。

性のあるセメントを開発してきた歴史、そして第 9 章
で扱う「循環型社会構築の基幹産業への進化」につなげることとしたい。機能性のセメントの開発、あるいは、セメント製造工程における廃棄物処理技術は、セメント化学の基礎があって初めて実現が可能になったのである。
セメント化学を学問の分野として見た場合、関わる

7.1 焼成反応とクリンカー鉱物
7.1.1

焼成反応過程での化学変化 1）2）

普通ポルトランドセメント 1 トンを作るのに必要な原料の量（原料原単位）の業界平均値（2011 年度）
を表 7.1 に示す。

領域は非常に広い。無機化学であり、合成化学であ

表 7.1

り、分析化学も大いに関わる。鉱物学や結晶学の対象

原料原単位 1）となる領域も広く、一方でレオロジー（流動学）の分野もある。そのような広大なセメント化学の学問領域の中で、本稿では、「セメントの製造技術に直接応用されているセメント化学」に焦点を絞って記述することにする。
日本人の研究者も、1930 年代頃から国際的な学術

これらの原料を所定の比率に応じて調合・乾燥・粉誌などに論文を提出するようになり、1960 年代ころ

砕して得た原料粉末を、予熱装置（SP・NSP）を通からは、世界をリードするような日本人研究者も次々して回転窯で焼成する。焼成されたクリンカーは冷却と登場してきた。

機（クリンカークーラー）で急冷される（第 5 章参セメント化学には大きく分けて 2 つの化学反応のカテゴリーがある。
「焼成反応」と「水和反応」である。

照）。
予熱装置から回転窯そして冷却機に至る連続した流れの中で、原料に含まれる各成分は、温度の上昇に

1）焼成反応：セメントを「製造する」うえでの重要な研究分野
石灰石と粘土類を粉砕して成分調整した原料を、伴って徐々に化学変化を起こし、やがて最終的に所要の化合物になっていく。その変化の過程を図 7.1 に示す。

1400～1500℃で焼成する過程で進行する化学反応であ日産 3 千～1 万トンに及ぶ大量の原料の高温焼成をる。焼成反応は、部分的に液相を含む固相反応であ行い、でき上がった「クリンカー」から所要の品質のる。この「高温下での固相反応」と、反応の結果得ら

セメントを得るためには、精度の高い原料調合技術とれる「クリンカーに含まれる鉱物類のキャラクタリ

温度制御技術が要求され、安定した品質を確保するた

ゼーション」（注 1 参照）が、主たる研究対象となる。

めに、昼夜を問わない生産管理体制がとられている。

2）水和反応：セメントを「利用する」うえでの重要

7.1.2

な研究分野

クリンカー鉱物 1）2）

焼成・冷却されたクリンカーを光学顕微鏡で観察す

クリンカーに 3％程度の石膏を加えて粉砕して得らると、粒径が 10～60μm 程度の数種の鉱物の集合体

れるセメントは、水を加えると硬化する。セメントがであることがわかる（図 7.2）
。これらクリンカーを構

セメント製造技術の系統化調査

71

図 7.2

クリンカーの顕微鏡写真 3）（A：エーライト、B：ビーライト、I：間隙質）

図 7.1

焼成工程での化学変化 1）（1）エーライト
C3S（ け い 酸 3 石 灰 ） に、 微 量 成 分 と し て Mg、
Na、K、Fe などが固溶（注 3 参照）した結晶であり、成している主な鉱物（化合物）は 4 種類で、
「エーラ

ポルトランドセメントを構成する最も重要な化合物でイト（Alite）」（図 7.2 の A）、
「ビーライト（Belite）」

ある。普通ポルトランドセメント中には約 50％の（図の B）、「アルミネート（Aluminate）相」、「フェエーライトが含まれており、水和速度が速く、材齢 1

ライト（Ferrite）相」と名付けられ、まとめて「ク～28 日の強度発現を支配する（材齢→注 4 参照）。一リンカー鉱物」と総称される。

方で、水和熱の放出も多い。

このうち、「エーライト」と「ビーライト」は、いずれも化学成分は「けい酸カルシウム」であり、全体

顕微鏡下では、10～60μm の柱状ないし六角板状の無色結晶として観察される（図 7.2 A）。

の 70～80％を占める。また、「アルミネート相」および「フェライト相」は、これら 2 種類のけい酸カルシ（2）ビーライト

ウムの間隙を埋めるように存在することから、まとめ

C2S（けい酸 2 石灰）に、微量成分として Mg、Na、て「間隙質」（図の I）とも呼ばれ、全体の 15～18％

K、Fe などが固溶している結晶であり、普通ポルトを占めている。

ランドセメント中には約 30％のビーライトが含まれこれらの化合物の化学組成を化学式で表すと表 7.2のようになる。表中（）に示す記号は、セメント化学の分野で使う独特の略記号である（注 2 参照）。

ている。エーライトに比べて水和速度が遅く、強さの発現までの時間が長いが、水和熱の放出も少ない。
顕微鏡下では、20～60μm の塊状をなし、淡黄色
ないし淡褐色を呈する（図 7.2 B）。

表 7.2

クリンカーを構成している化合物 1）

エーライト、ビーライトとも、高温変態（注 5 参照）のほうが低温変態より活性で、水和性・強度発現性ともに良好であることから、高温でできるだけ長く焼成
して高温変態の結晶を増大させ、かつクリンカーを高温から急冷して低温変態への転移（注 5 参照）を阻止するのが、製造技術上の一つの重要なポイントであり、クリンカークーラーの重要な役割である。
（3）アルミネート相72

これら 4 種類の化合物は、それぞれに下記のようなクリンカーの間隙質を構成する鉱物のひとつで、特性を有しており、クリンカー中の構成比率を変える

C3A（ ア ル ミ ン 酸 3 石 灰 ） に 近 い 化 学 組 成 を も ち、ことにより、さまざまな用途に応じたセメントが開発

Na、K、Mg などが固溶する。水との反応が急激で、されている。この点については第 8 章で述べる。以下

瞬時に多量の熱（水和熱）を放出し瞬結してしまう。

に各クリンカー構成鉱物の特性について簡単に述べ

この瞬結反応を抑えるために、凝結調節材として石膏る。

が加えられている（7.5.1 参照）。アルミネート相は、

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

凝結と材齢 1 日強度の発現、そして水和熱に影響すなどの諸特性の大概が方向づけられる。したがって、る。

セメント製造工場では主にこの 4 成分についてセメン

普通ポルトランドセメント中のアルミネート相はト原料の成分調合管理を行っている。

10％前後であるが、アルミネート相を少なくして水和

この場合、個々の化学成分量を個別に設定・管理す

熱を抑制した「中庸熱ポルトランドセメント」などが、るより、4 成分間の量的比率で管理するほうが効率的

ダムなどのマスコンクリート向けに作られているかつ効果的である。そのため、原料の化学成分の管理（8.3.1 参照）。

には、「モジュラス（modulus）」と呼ばれる 3 種の指また、アルミネート相は、硫酸塩と反応して膨張性標を一組にして使用する。製造しようとするセメントのあるエトリンガイトを生成し（7.5.1（2）項、図 7.4の品種と生産性（易焼成性、被粉砕性など）を考慮し参照）、コンクリートやモルタルの組織を破壊して構て目標モジュラスを設定し、これを維持するように原造物の劣化を進行させる。このため、アルミネート相

料調合を管理する。モジュラスは「諸率」「諸係数」

を少なくして耐硫酸塩性（化学的抵抗性）を高めたなどともいわれる。モジュラスが 3 つ 1 組で運用され「耐硫酸塩セメント」も製造されている（8.3.1 参照）。

るのは、主要成分が 4 つだからである。モジュラスの
3 つの数値と「焼成後の質量が合計で 1 トンとなる」（4）フェライト相
クリンカーの間隙質を構成する鉱物のひとつで、ことを条件とすれば、4 元連立方程式の解として原料原単位を決定できる。

C4AF（ 鉄 ア ル ミ ン 酸 4 石 灰 ） に 近 い 組 成 を も ち、

現在、セメント工場でポルトランドセメントの成分

Mg、K、Na などが固溶している。普通ポルトランド管理に用いられている諸率・諸係数を表 7.3 に示し、セメント中には約 10％のフェライト相が含まれてい以下に説明する。

る。セメントの水和反応（凝結・強度発現）への影響

表 7.3

セメント成分調合のための諸率・諸係数 4）は小さいが、焼成反応では液相を構成して、化学反応の促進媒体として重要な役割を果たしている。つまり、フェライト相はセメントの「品質」よりも「製造時の省エネルギー」に寄与の大きい鉱物相だともいえる。また、セメント粉末の薄灰色は主としてセメント中の鉄分に由来するものである。
「白色セメント」は、鉄分がほとんどない、すなわちフェライト相がほとん
どないセメントである。

（1）水硬率（Hydraulic Modulus, HM）
ポルトランドセメントクリンカー中の主要 4 成分の（5）クリンカー中のその他の鉱物相

うち、CaO は塩基性成分、他の 3 成分（SiO2、Al2O3、

クリンカーを顕微鏡観察すると、原料や焼成条件に

Fe2O3）は酸性成分である。つまり、クリンカー焼成

よっては、①遊離石灰（free lime, f-CaO）、②硫酸ア

反応は、高温下における酸と塩基の塩形成反応であルカリ（（Na, K）2SO4）、などが観察されることがある。

り、水硬率はこの酸と塩基の量の比率を表すもので、

f-CaO は、未反応の石灰分であり、正常に焼成されセメントの諸率・諸係数の中でも最も重要なものであたクリンカーでは１％以下である。f-CaO は、化学分る。

析でも機器分析でも容易に定量分析ができるので、現高 HM の原料は、一般的には、焼成に高い温度と場でのクリンカー焼成度の迅速判定方法として利用さ十分な時間が必要になって燃料原単位が増大するし、れてきている。

もし焼成が不十分であれば未反応の遊離石灰が残存しやすくなる。高 HM のセメントは C3S が多いため、

7.1.3

セメント成分の調合管理のための諸率・諸係
数（モジュラス）4）5）

すでに述べてきたように、セメント（クリンカー）

早期強度が高く水和熱も大きくなる傾向がある。
現在の日本国内の普通セメントのクリンカーの HM
は 2.0～2.2 である。

を 構 成 す る 化 学 成 分 は、SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaOで代表され、この 4 成分の配合割合の違いによって、（2）珪酸率（Silica Modulus, SM）

クリンカー焼成の条件設定や、製品としてのセメント

酸性成分間の量的関係を表す比率の一つである。珪の強度発現性、水和熱、化学的抵抗性、乾燥収縮性状

酸率が高いと、焼成反応を助ける液相の量が少なくな

セメント製造技術の系統化調査

73

り、焼成温度を高くする必要がある。その結果、内張数は、リーとパーカー（F.M. Lea & T.W. Parker・英）り煉瓦等を損傷しやすくなる。一方で、高 SM のクリの研究を基礎に決められている。

ンカーは、間隙質相が少なくビーライトに富むクリン

CaOmax＝2.8SiO2＋1.2Al2O3＋0.65Fe2O3カーとなるので、低発熱性で長期材齢の強さに優れた

石灰飽和度が 1.0 に近い原料混合物を完全に反応さセメントが製造できる。逆に、SM が低すぎると液相せると、SiO2 はすべて C3S になるため、早強クリン

量が多くなるので、キルン内壁のコーティング量の増カーが得られる。一方、石灰飽和度の低い調合原料を加による原料流れの阻害（コーティングトラブル）の焼成した場合は、C3S が少なく C2S の多い遅硬型のク懸念がある。

リンカーになる。

現在の国内の普通セメントクリンカーの SM は 2.4～2.8 である。

石灰飽和度は、新種セメントの開発などの場合の成分値設計に利用される。また HM の代わりに石灰飽和度を利用している工場もあるとされる。

（3）鉄率（Iron Modulus, IM）
Al2O3 と Fe2O3 の量的関係を表す比率である。鉄率が低い原料混合物は、低い焼成温度でのクリンカー鉱
物生成が容易になる。また、セメント中には C3A が
少なく C4AF が多くなるため、初期強度は低いが水和

日本国内の普通セメントクリンカーの石灰飽和度の標準的な値は 0.92～0.96 である。

7.2 水和反応と水和物

1）2）

熱が小さく、硫酸塩抵抗性が大きくなる。一方、鉄率

セメントに水を加えてよく練り混ぜた状態を「セメが高い場合は、セメントには C3A が多くなり速硬性

ントペースト」という（図 1.1 参照）。この状態で放を持つため、初期強度は高いが水和熱は大きく、硫酸

置すると、初めは粘土のように変形することができる

塩抵抗性は小さくなる。

が、時間が経過するにしたがって徐々に硬くなって変現在の国内の普通セメントクリンカーの IM は 1.9形は困難になり、さらに時間が経過すると強固な固まりになる。これはセメントを構成する化合物が水と反～2.1 である。

応して新しい化合物「水和物」になるからである。こ（4）活動係数（Activity Index, AI）のセメントと水との化学反応は「水和反応」と呼ばれ我が国のほとんどのセメント工場では、水硬率・珪る。セメントペーストが徐々に硬くなって変形できな

酸率・鉄率を管理目標に定めて製造を行っている。しくなる過程を「凝結」といい、凝結した固まりがさら

かし、一部には珪酸率の代わりに「活動係数」を用い、に強固なものになる過程を「硬化」という。

鉄率の代わりに Fe2O3 量を用いて管理している工場

図 7.3 は、水がセメントと反応して「水和物」を生成する過程の概念を示したものである。水和反応は水もある。
現在の日本国内の普通セメントクリンカーでの標準と直接接するセメント粒子の表面から始まり、反応が進行するに従い未反応の部分が小さくなり、セメント的な AI 値は 3.8～4.2 である。

粒子が生成した水和物で覆われ、水和物が互いに結び（5）石灰飽和度（Lime Saturation Degree, L.S.D）

付いて硬化していく様子が描かれている。

上記（1）から（4）までの諸率・係数の化学成分値
は、クリンカー中の化学成分の重量％の数字そのままであり、酸・塩基成分の化学当量はまったく考慮されていない。その意味では、簡易簡便に工程管理をするための実用的な比率・指標であって、化学的な意味は
小さい。
これに対して、石灰飽和度は、各クリンカー鉱物相に含まれるそれぞれの化学成分の化学当量を踏まえて導かれた比率である。
酸性成分と結合し得る最大の CaO 量（飽和 CaO量）を表すこの計算式の、分母の各成分の係数は、

74

図 7.3

ポルトランドセメントの水和過程 1）

キュール（Hans Kuhl、独）が最初に提唱し、その後

水和反応と水和物についての理解は、セメントを多くの研究者によって検討がなされてきた。現在の係「利用」する上で非常に重要である。生コン工場でセ

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Vol.23 2016. Marchメント・砂利・砂・水などを計量・混合し、ミキサーになっていることを記しておきたい。

車で工事現場に運び、現場で型枠の中に打設する。この「コンクリートの運搬・作業時間」を確保するのが「セメントの凝結時間」であり、「初期の水和反応」で
ある。

7.2.1

水和初期、「凝結」段階

7.1.2 項で述べた 4 種類のクリンカー鉱物（化合物）
は、水と接触するとただちに化学反応を始める。なか打設されたコンクリートは時間とともに硬化していでも「エーライト C3S」と「アルミネート相 C3A」はく。あるところまで固まってきたら、次の段取りの工反応が速い。特にアルミネート相は反応が急速で、わ事にかかる。例えば、基礎コンクリート工事であれずか数分で固まってしまう性質（瞬結性）をもっておば、上物を載せる、機械を据付けるなどの作業にかかり、そのままではモルタルやコンクリートが作業中にる。この「コンクリートの供用開始時間」を決めるの固まってしまうことになる。

がセメントの強度の発現、「セメント硬化時間」である。

この瞬結性を抑制・制御するために、クリンカーを粉砕してセメントにする時に 3％程度の「石膏」を加このように、セメントを使う立場からすると、セメントの品質は、える。石膏は水に溶けるとまずアルミネート相と反応
して「エトリンガイト」（図 7.4 参照）と呼ばれる化①凝結時間が使いやすい範囲内で安定しており、合物を生成する。生成したエトリンガイトはアルミ②強度発現の速度と到達強度が十分でかつ安定してネート相を覆い、アルミネート相が引続き水と接触す

いる、るのを抑制して水和反応の速度を適度に遅らせる役割

ことが非常に重要である。セメント製造者にとってをする。石膏無添加だと「数分」で固まりはじめるのも、セメントの使用者にとっても、水和反応と水和物が、「数時間」にまで遅れることとなる。

の知識が非常に重要であることが容易に理解されよう。

一方、エーライト相は、アルミネート相と同様に初期水和反応が速いが、その後の水和反応を一時的に遅水和反応は発熱反応であり、この反応熱を「水和熱」と呼ぶ。水和熱については 7.3 で述べる。

らせる性質がある。その遅延機構が何に起因するのかについては諸説あり、まだ完全には解明されていない

図 7.4 にセメントの水和反応の基本的な反応式を示ようである。

す。セメントの水和反応は、クリンカー鉱物という多凝結の試験方法は JIS R 5201「セメントの物理試験

成分系の固体が、いったん液相（水）に溶けて互いに方法」で規定されており、その試験方法で、「こわば反応し、新たな多成分系の微細な水和物（0.1μm 以下）り」が始まる「始発」は「60 分以上」、変形できないとして析出する、という極めて複雑な化学反応であ固さになる「終結」は「10 時間以内」、と JIS R 5210

り、その全貌には膨大な記述が必要となる。本稿では「ポルトランドセメント」で定められている。現在実「セメント産業技術系統化」の記述内容を理解するに際に市販されている「普通ポルトランドセメント」の必要な範囲・内容に絞って、水和反応・水和物につい場合、始発が 2 時間半前後、終結はその 1 時間後位にて以下に述べる。

なるよう品質設計されているようである。

なお、図 7.4 で、エーライト・ビーライトの水和生
成物の一つとして Ca（OH）2 が生成しているが、セメ

7.2.2

強度の発現、「硬化」段階

ント水和物、そしてセメントの硬化体であるコンク

セメントの凝結から硬化への過程は、水和反応にリートは、この Ca（OH）2 の存在で内部はアルカリ性

よって生成した水和物が 3 次元的に結合し合い、水や図 7.4

セメントの水和反応 1）

セメント製造技術の系統化調査

75

空気の存在する部分を埋めながら緻密になっていく状

熱は、材齢 7 日で 318～336 J/g、28 日で 370～396J/

態といえる。緻密になるに従って一層強固になり、そg である。

の程度は反応する時間とともに増大していき、セメン
ト・コンクリートの「強度」が発現される。
「硬化」は、クリンカーを構成するそれぞれの化合

7.4 焼成反応とクリンカー鉱物化学の進歩

物が、最終的にすべて水和物となって完了する。しか新石器時代から使われていた痕跡のある「古代セメ

し、一般にセメントの各粒子は表層から水和反応を開ント」は、古代エジプト、ギリシャ、ローマ、あるい

始し、完全に水和するには長い年月を必要とする。一は中国文明を通じて、産業革命まで数千年間使われ続方、セメント水和物の硬化体が所要の強さを発現する

けてきたが、職人による経験の伝承の範囲を出ず、地には、全粒子が完全に水和する必要はない。セメント元で入手可能な材料の混合物であって、材料としての粒子の表層の水和物が、互いに隣接する水和物と物理

発展はほとんど見られなかった（2.1 参照）。

的・3 次元的に強固に結合した構造になればよいので

18 世紀中葉、スミートン（John Smeaton・英）がある。したがって、水和反応の面からみる限り、セメ「水硬性石灰」を発明した（2.2 参照）のが端緒となっント粒子表層からある程度の厚みの水和物をつくるこて、科学的手法に基づくセメント化学の研究も始まっとができる水があれば十分といえる。一方で、コンクた。この時代、研究に使える手段は湿式化学分析や光リート施工現場でセメントに加える水の量は、セメン

学顕微鏡程度に限られていた。しかし、先達研究者たトの水和に必要な水量として決められるのではなく、ちは、焼成反応やクリンカー鉱物について、緻密な観

コンクリート打設作業に適当な軟らかさ（軟度）を出察から大胆な仮説を立て、その実験的な証明に努力をす水量として決定されるのが一般的であり、結果的に傾注してきた。

コンクリートの使用水量は、セメントの水和に必要な量よりも多くなっているのが普通である。

7.3 水和熱20 世紀に入ると、Ｘ線回折装置、電子顕微鏡をはじめ、各種の機器分析装置が開発され、クリンカー鉱
物の結晶構造や水和物の微細構造などが精密に観察・

1）

測定・解析されるようになり、セメント化学の研究
は、飛躍的に拡大・深化することになった。

セメントが水と反応して水和物をつくる化学反応は「発熱反応」である。セメントに水を混ぜてから、あ7.4.1

までの進歩 5）6）7）8）

る材齢までに発生した総発熱量を「その材齢の水和熱」といっている。

本節では、18 世紀中葉の近代セメントの発明から

水和熱の大きさは、①セメントの鉱物組成（化学組

19 世紀末までの約 150 年間において、セメント化学成）、②セメント粒子の細かさ、③練り混ぜる水の量、に大きな貢献をした化学者たちを主体にして、「セメなどによって異なるが、①の各クリンカー鉱物の含有

ント産業技術としてのセメント化学」発展の歴史を述

量が最も重要な要素である。

べる。

水和熱は、コンクリートに対してプラス・マイナス（1）ス ミートン（Smeaton・英）が 1756 年に「水硬両方の影響がある。例えば、寒冷地での保温養生の一性石灰」を発明したことは、第 2 章で紹介した。

つとして、コンクリートを打設する時にコンクリート

当時の焼成技術では高温を得ることが困難であっを断熱材で覆い、セメントの水和による発熱を利用すたため、焼成温度は 1000℃程度と低かったもの

る方法がある。その一方で、ダムや巨大橋脚など大容と推定され、したがって、今日のセメント化学の積のコンクリート（マスコンクリート）では、水和熱知識で見ると、いわゆるセメント（クリンカー）

によってコンクリート内部の温度が上昇し、内部と表鉱物は生成していなかったと想定される。しか面との間に温度差が生じて、ひび割れ（温度ひび割れ）

し、仮焼の効果により粘土分中の SiO2、Al2O3 がの原因となることがある。このため、マスコンクリー

活性化され、CaO との反応性を向上させていた、ト用の低発熱のセメントが開発されている（第 8 章参と考えられる。

照）。

76

焼成反応とクリンカー鉱物化学：19 世紀末（2）スミートンから 40 年後の 1796 年にパーカー（J.

ポルトランドセメントの水和熱の測定方法は JIS R

Parker・英）が「ローマンセメント」を発明し5203「セメントの水和熱測定方法」に規定されており、たことも、第 2 章で紹介した。このローマンセメ

その方法で測定した普通ポルトランドセメントの水和

ントは、粘土を含んだ石灰石を、石灰窯で推定

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Vol.23 2016. March

1100℃前後で焼いて粉砕したもので、古代から使年後である。

われてきていたセメント（消石灰と火山灰との混

 ここで注意すべきは、アスプジンの特許には、合物）に比べ、硬化が早く、耐水性に優れ、19

以下の二つの理由から、彼を「ポルトランドセメ

世紀前半までテームズ川底のトンネル工事などイントの発明者」とすることに疑問が提出される余

ギリスにおいて広く使用された。

地を残したことである。

（3）スミートンやパーカーらによるこれら「水硬性材①アスプジンに先立って、スミートンが水硬性石料」の発明に触発されて、18 世紀後半以降、大灰を焼成し、ビカーやジョンが、「水硬性石灰学教授や専門化学者などが「何故に粘土を含む石は石灰に粘土を加えて焼成することでも製造で灰石から水硬性セメントができるのか」についてきる」ことを、既に証明していた。

研究を始めた。

②アスプジンの特許は、今日のポルトランドセメ（4）1810 年、オランダ科学院は、「粘土分を含む石灰ントの定義からすると重要な二つのポイントが石から得られる生石灰を使ったモルタルは、貝殻欠けている。すなわち「①石灰分と粘土分の比から得られる純度の高い生石灰を使ったモルタル率の範囲」、「②調合原料を半溶融するまで焼成

よりも、硬くかつ耐久性がある。これはいかなるすること」が書かれていない。

化学的理由によるのか」という課題で懸賞論文を

 アスプジン発明当初のポルトランドセメントの募集した。

焼成温度は 1200℃程度と推定され、生石灰と粘 1815 年、ドイツのジョン（Johanann Friedrich

土分が反応して少量のビーライトや間隙質物質なJohn, 1782-1847）が賞金を獲得し、その論文の中

どのセメント鉱物が生成していたであろうが、他でジョンは以下の報告をした：に多量の生石灰が共存したと推定され、その品質①粘土分を含む石灰石を焼成して得た石灰を、水はローマンセメントと大差はなかったようであに浸して全部の遊離石灰を溶解させ、残渣を硝る。

酸で処理したところ、「焼成中に石灰の一部が、（7）1830 年、オランダ科学院は再び次の懸賞論文をその中に混在するケイ酸、アルミナ、酸化鉄と募集した。テーマは「水中で硬化するセメントの結合している」ことを発見した。

具有すべき特性は何か、また硬化を起こす化学的②貝殻石灰原料に適当量の粘土を加えて焼けば、石灰石と同じ結果が得られる。

結合成分は何か」であった。
 ドイツのフックス（Johann Nepomuk Fuchs,（5）1818 年、ビカー（Lois Joseph Vicat, 1786-1861・

1774-1856）は、懸賞発表からわずか 2 か月後に仏）は、「水硬性石灰の人工製造法」を発明した論文を提出、金賞を獲得した。この論文の中でと発表した。その当時までの水硬性モルタルの製

フックスは、「水硬性モルタルの水硬性は主とし造法は、①生石灰に煉瓦粉末またはポゾランを混てケイ酸と石灰との化学的結合によるものであぜて作る古代ローマ時代からの方法、②粘土混じる」と結論づけた。

りの石灰石を焼く（スミートンの発明）、のいず（8）ローマンセメント業者の英国・ホワイト商会の技れかであった。ビカーは第 3 の方法、すなわち術者であったジョンソン（Isaac Charles Jonson,「生石灰または石灰石に粘土を加えて焼成してつ

1811-1912）は、アスプジンが開発した新セメンくる」方法を発明したのである。ビカーの論文のトを自社でも製造したいとの同商会の意を受け公表は前記（4）のジョンより遅れたが、印刷にて、1844 年、独自の実験と研究から、①石灰と出した時期から、ジョンとは独立に発明した、と粘土の間には良い品質のセメントを得る比率が存認められている。

在すること、②原料が半溶融するまで焼成するこ 「水硬性」（仏 hydraulique、英 hydraulic）のと、③原料の十分な混和による均斉性が均質な製用語もビカーが使い始めた用語であり、また現在品を得る基本条件であること、を明らかにし、今JIS 規格の凝結試験に使われる「ビカー凝結測定

日のポルトランドセメント製造の基本原則を打ち装置」や硫酸マグネシウム溶液によるセメント浸立てた。

食試験法は、いずれも彼の発明である。

 ジョンソンによるこのポルトランドセメントの（6）1824 年、アスプジン（J. Aspdin・英）が「ポル

製造条件「石灰石と粘土の混合物を 1250℃以上

トランドセメント」を発明し、特許を得た。

の高温で半溶融するまで焼成する」によって、セ パーカーの「ローマンセメント」発明から 30

メント鉱物にはアスプジン時代の「ビーライト＋

セメント製造技術の系統化調査

77

間隙質」に、新たに「エーライト」が加わり、大尾に”-lit”、ギリシャ語の”lithos”（石）を付け

幅な品質改良が達成された 8）。

た命名法であった。これらの鉱物名は今日も使わ アスプジンの特許からジョンソンの「新セメンれている。

ト」までの 20 年間、アスプジンの製品はなかな テルネボームは、10 年前に発表されたルシャ

か品質が一定しなかったようであり、ジョンソン

トリエの論文の存在を知らなかった。その後、彼は後年になって自分を「ポルトランドセメントのは自分が命名した鉱物が、ルシャトリエの論文記

真の発明者」と認めるよう英国ポルトランドセメ

載のどの鉱物相に当たるかを明らかにした。顕微

ント協会に求めたが却下され、代わりに協会は鏡下で観察されるクリンカー鉱物相について、両「ポルトランドセメントの改良者」との確認を与者の観察は一致していたが、それぞれの鉱物相のえたとのことである。

化学組成については異なる見方をしていた。いず 1924 年、英国と米国のセメント協会が合同で、れの意見も、今日の視点からは正しいとはいえな

アスプジンの生れ故郷・リーズ市に「ポルトラン

いものの、解析手段が極めて限られていた当時とドセメント発明 100 年」の記念碑を建て、その銘してはやむを得ないことであった。

に「アスプジンが発明した」と刻んで一応の決着をつけた。

（11）ミハエリス（Wilhelm Michaelis, 1840-1911・独）は、ルシャトリエと同時代人であり、やはりセメ（9）19 世紀後半になると、いろいろな研究者たちにント化学の進歩に大きな貢献をした。工業大学でよって、クリンカーが「ケイ酸カルシウム」「ア化学を専攻し、鉱物の研究所やセメント工場の化

ルミン酸カルシウム」などから成り立っていると学技師としての職歴の後、1872 年、同志と建築の「仮説」がなされるようになってきた。これら

材料試験を目的とする「化学工業試験所」を設立、の仮説に対して、実験に基づいて科学的（化学的）1877 年その所長となった。ミハエリスのセメンな実証を試みた先駆者が、化学平衡に関する「ルト製造技術への貢献は、①セメント製造に関わる

シャトリエの法則」で有名なルシャトリエ（仏、「水硬率」の提案、②クリンカーへの石膏添加にHenry Le Chatelier, 1850-1936）である。ルシャ

よる凝結調節作用の発見、③セメントの水硬性にトリエは、セメント化学のみならず、セメント工関する理論、④セメント品質試験・規格に関する業全般にわたる諸問題について、理論付けに注力

様々な提案、など多岐にわたる。

し大きな功績を残した。

 ミ ハ エ リ ス が 1885 年 に 発 表 し た「 水 硬 率

 ルシャトリエのセメント化学に対する重要な貢（HM）」はその後、彼の後任の化学工業試験所所献の一つが、「クリンカー鉱物研究への鉱物学的長・ キ ュ ー ル（Hans Kuhl，1879-1969・ 独 ） が手法の導入」、すなわち偏光顕微鏡の利用である。

1913 年に提案した「珪酸率（SM）」「鉄率（IM）」

1882（明治 15）年の「セメントの顕微鏡的組成と組み合わされて、セメント原料調合の基本指標と凝結」の論文で、彼は、偏光顕微鏡によるクリとして、今日に至るまで広く活用されてきている

ンカー薄片の検鏡から、クリンカー中には 4 種の（7.1.3 参照）。

合成鉱物相（4 種の結晶と 1 種のガラス相）が存

 「石膏添加による凝結調節作用」の発明が画期

在 す る こ と を 確 認 し、 そ の 中 で 最 も 多 い 相 は的であることは、3.4 で触れたが、7.5.1 でさらに3CaO･SiO2（C3S）であると同定した。同定には、詳しく説明を加えた。また④のセメント品質試

純薬で合成した C3S などを参照したようである。

験・規格に関する貢献については 8.2.1 で述べる。

（10）テルネボーム（Alfred Elis Törnebohm、スウェーデン）は、1897 年に発表した論文でセメント化学に以下の二つの新たな貢献を行った。
①顕微鏡下で観察されるクリンカー鉱物に名前を

焼成反応とクリンカー鉱物化学：20 世紀初
頭以降の進歩

20 世紀に入ると、Ｘ線回折装置や電子顕微鏡等各種の機器分析装置が開発されて、クリンカー鉱物の化付した。
②これら鉱物を重液分離で個別に取り出した。

学成分や結晶構造などが精密に観察・測定・解析され 彼は顕微鏡下で「4 種の結晶と 1 つの等方性のるようになり、焼成反応とクリンカー鉱物の研究は、相（多分ガラス）」を認め、それらに、量の多い

20 世紀末までにはほぼ完成の域に達したといえる。

順に、Alit（英：Alite、アリット／エーライト）、Belit、Celit、Felit と 名 付 け た。A、B、C の 語

78

7.4.2

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March（1）製 造現場での簡便迅速な「焼成度判定」法：遊離石灰の定量 7）と容重測定で利用されるようになった。小野メソッドについては（6）項で述べる。

回転窯による焼成が発明されて、今日では一つのキルンから毎日数千トンのクリンカーが焼き出されてく（2）クリンカー鉱物の相平衡図の作成 7）る。しかし、その日製造されたセメントの品質規格試

米 国 の 地 球 物 理 学 研 究 所（The Geophysical

験の結果がでるまでには、少なくとも 3 日から 1 週間

Laboratory of the Carnegie Institution ofを要する。品質試験結果が出てからでは、現場の対応

Washington）は、1906～1915、多数の科学者の参加が手遅れになる可能性が大いにある。そこで、キルを得て、石灰・アルミナ・シリカ系鉱物について、単ン・クーラーから出てきたクリンカーの「焼成度」を一酸化物・2 成分系・3 成分系までの相平衡を研究、現場で迅速に判定する方法が求められ、①遊離石灰の相平衡図（phase diagram）を次々と発表した。その定量、②容重測定、が考案され、いずれも生産現場の中で、ポルトランドセメントクリンカー成分の 90％

作業員レベルで対応できる測定操作として、今日までまでを占める CaO-SiO2-Al2O33 成分系の相平衡図（図使われ続けてきている。

7.5）は、1915 年、同研究所のランキンとライト（G.

クリンカー中の遊離石灰の定性分析は、1909（明A.Rankin and F.E.Wright）によって発表された。

治 42）年、ホワイト（A.H. White・米）によって提以 降、 ク リ ン カ ー 鉱 物 に 関 連 す る 相 平 衡 図 は、案された。フェノールとニトロベンゼンの溶液（浸Fe2O3 を含む系、さらには MgO, Na2O, K2O などの微液）にクリンカー粉末を落して顕微鏡観察する方法で

量成分を含む系まで、多くの研究者によって発表されあった。

てきている。それらの相平衡図は参考文献（9）にほこれがきっかけで、定量分析の方法がいろいろ研究

ぼ完全に収録されている。

され、1915 年、エムリー（W. Emley・米）が「グリ
セリン・アルコール溶液で遊離石灰を抽出し、酢酸アンモニウムで定量する」方法を提案した。1930（昭和 5）年、この方法にラーチとボーグ（W. Lerch &R.H. Bogue・米）が改良を加えて、セメント製造現場で広く使われる焼成度迅速判定手段として広まっていった。わが国のセメント協会標準試験方法（JCAS／I-01「遊離酸化カルシウムの定量方法」）にも採用されている。なお、JCAS では、グリセリン・アルコール法とエチレングリコール法の 2 方法を規定している。
一方、「容重」測定は、クリンカークーラーから出て き た ク リ ン カーを篩にかけて粗粒（例えば 篩 目
10mm 以上）と細粒（例えば篩目 5mm 以下）を除去し、中粒部分を一定容量の容器に詰めてその重さを測

図 7.5

CaO-SiO2-Al2O3 ３成分系の相平衡図 7）る、という方法である。測定が単純かつ容易であって、しかもクリンカーの焼け具合を「容重値」として（3）X 線回折のクリンカー鉱物研究への応用 10）

数字的に把握・記録できるので、工場現場では広く使

1895（明治 28）年、レントゲン（Wilhelm Conrad

われている。かなり古い時期から利用されている方法

Röntgen・独）によって発見された X 線について、と思われるが、いつ始まったかは不明である。

1912 年にラウエ（Max von Raue・独）が X 線回折

遊離石灰も容重も、近年は自動測定装置が開発され現象を見出し、続く 1913 年にはブラッグ父子（Henryており、「現場で焼成度を迅速に判定する」指標とし& Lawrence Bragg・英）が、X 線回折による結晶構て、今日においても重要な役割を果たしている。

造解析に理論的な基礎を与えた。

化学技術者（Chemist）レベルによる焼成度判定方

粉末法 X 線回折は、デバイとシェーラー（Peter法として、1960 年代に小野吉雄博士が提案した「光Debye・蘭 & Paul Scherrer・スウェーデン）が 1916

学顕微鏡によるクリンカー焼成度判定法」は、「小野～17 年に、そしてハル（A.W. Hull・米）が 1917 年に、

メソッド（Ono’s Method）」と名付けられて世界各国

それぞれ独立に見出した。この方法が物質の同定・定セメント製造技術の系統化調査79

性・定量に有効なことは当時から予想されたが、実際

率（濃度）を分析する装置であり、固体の試料をほぼに分析が行われたのは 1930 年代以降のことであった。

非破壊で分析することが可能である。

1938 年、 ハ ナ ワ ル ト と リ ン と フ レ ヴ ェ ル（J.D.

1950 年代後半にこの装置が市販されるようになり、

Hanawalt, H.W. Rinn & L.K. Frevel・米）は、X 線回セメント化学研究者の間でも関心が高まった。1968

折による定性・同定用の回折データ整理法を提案し年、東京で開催された「第 5 回セメント化学国際会議」

た。これが「ASTM カード」へとつながり、粉末 X（7.6.2 参照）で、山口悟郎（東大教授）と高木茂栄（小線回折が強力かつ普遍的な解析手段になっていった。

野田セメント）は、主論文（Principal Paper）「ポルこのような X 線回折に関する技術進歩の流れの中

トランドセメントクリンカー解析」と題して、EPMA

で、1926（ 昭 和 1） 年、 ハ ン セ ン と ボ ー グ（W.C.

をクリンカーのキャラクタリゼーションに応用し、ク

Hansen & R.H. Bogue・米）は、X 線回折をクリン

リンカー鉱物各相のキャラクターを解析した結果を報

カ ー 鉱 物 の 同 定に応用した論文を発表した。 続 く

告した 11）。この論文によって、クリンカー鉱物のキャ

1927 年、ハーリントン（E.A. Harrington・米）は X

ラクターの研究については一つの区切りがついたとい

線回折を結晶構造解析に応用し、C3A の結晶構造が立える。

方晶系であるとして、結晶格子定数を算出した。
これらの研究が端緒となり、その後の X 線回折装
置 の 発 達、ASTM カ ー ド な ど の デ ー タ ベ ー ス（6）日本発の技術「小野メソッド」：クリンカー検鏡による焼成度判定 2）12）（Powder Diffraction File）の構築なども相まって、X

焼成プロセスは、セメント製造において最も重要な

線回折はセメント化学においても、①鉱物の同定・定工程であるにもかかわらず、窯内の温度分布、原料の量、②鉱物の結晶構造の解明、に非常に有用・有効な移動、各位置に於ける焼成反応等の時々刻々の変化を手段として活用されることになり、以降、クリンカー

知ることが非常に困難である。セメント原料はキルン

鉱物のキャラクタリゼーション研究が広く深く展開さ内で完全には溶融せず、半溶融の状態で焼成されるたれることとなった。

め、キルン内の昇温・冷却の全焼成過程がクリンカーの粒度分布、組織及びクリンカー鉱物の形状等に反映（4）クリンカーの鉱物組成計算法の提唱

7）1929 年、ボーグは、クリンカーの化学分析値（重に変化する。

量％）を簡単な計算式（ボーグ式）に代入するだけで、

小野吉雄博士（小野田セメント）は、表 7.4 に示す

そのクリンカーの鉱物組成を算出する方法を提唱しように、焼成過程を「昇温速度」「最高温度」「高温保た。この計算式は、「セメントの 4 主成分 CaO, SiO2,持時間」「冷却速度」に単純化し、これらが顕微鏡観Al2O3, Fe2O3 は、最終的には C3S, C2S, C3A, C4AF の 4

察によるクリンカー鉱物の光学的性質である「エーラ固相になる」との前提に立ち、4 主成分以外の微量成

イトの粒径」、「エーライトの複屈折」、「ビーライトの分は無視することにしている。

粒径」、「ビーライトの色」の 4 項目にそれぞれ独立しこの計算式は簡単でありながら、化学組成と各鉱物て対応することを見出した。これにより、「光学顕微の大略の値の関係を知るには便利であることから、今鏡でクリンカー鉱物の光学的性質を目視観察する」と日に至るまで広く使われている。各国の国家規格等でいう簡単な手段で、「クリンカーの熱履歴（焼成条件）

は、品質を担保するために、ボーグ式により得られるを推定する」ことが可能となり、さらには「セメント特定のクリンカー鉱物量を指標にして、上限または下の JIS モルタル 28 日強度も推定」することができる

限を規定している場合がある。JIS R 5210「ポルトラまでになった。

ンドセメント」においても、中庸熱セメント・低熱セ
メント・耐硫酸塩性セメントについては、このボーグ式に基づいて算出された鉱物組成の上限値あるいは下限値が規定されている（第 8 章参照）。
（5）EPMA のクリンカー鉱物研究への応用 11）
EPMA（Electron Probe Micro Analyzer）は、電子線が照射されている微小領域（おおよそ 1μm3）における構成元素の検出および同定と、各構成元素の比80し、特にクリンカー鉱物の光学的性質は複雑かつ多様

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

表 7.4 ク リンカーの焼成条件とエーライト・ビーラ
イトの性状 2）

この「小野式クリンカー検鏡法」は以下の特長を有している：

れていない点も多い。
①セメントの構成鉱物自体が前節 7.4 で述べたとお①光学（偏光）顕微鏡という持ち運び容易かつ比較的安価な、セメント工場であればどこでも備えられる道具だけで測定可能である。
②セメント化学の基本を学習すれば工場技術者が測定・判定できる。
③クリンカー焼成状態の判定から、そのクリンカーのセメント強度まで予測できる。

り複雑な固溶体である。
②水和反応は、多数の水溶性成分（Na2O, K2O, SO3,
Ca（OH）2 など）をも含んだ固液間の不均一反応
系である。
③凝結・硬化をもたらす水和反応生成物は、多種類のイオン・元素を含む結晶性の悪い微細な粒子である場合が多い。

これらの特長ゆえに小野式検鏡法は世界的に大きな④水和物は、相互間あるいは骨材との間の結合点が反響を呼ぶことになった。米国セメント協会（PCA）

多い上に、共有結合、イオン結合、水素結合などが「小野メソッド（Ono’s Method）」と名付けて、全多種類の結合状態を示し得る。

米のセメント会社を対象に小野博士を招いて講習会を

本節では、近代セメント発明以来の大発明とも言わ開いたことが引き金になり、日本国内はじめ世界各地

れる「石膏添加」とそれに関わる C3A の水和、そしで「小野メソッド講習会」が開催された。1980 年、てセメントの最終強度を担う C3S, C2S の水和についPCA は年次総会の席上で小野博士の功績を表彰した。

て、「セメント製造技術史」の立場から重要な内容と小野メソッドは、基礎研究と製造の現場が直結した見思われる事象について簡潔に記すこととする。

事な成果であった。

7.5

水和反応と水和物：その生成とキャラ
クタリゼーション 1）2）

今日のセメント・コンクリートは、次のような特長
をもつ：

7.5.1

水和反応における石膏の役割と C3A 水和生成

（1）凝結調節材としての石膏添加の発明 13）
現在のポルトランドセメント中には 3% 程度の石膏が添加されており、これによってセメントの凝結時間が施工時に使いやすいように調節されている。アスプ①高強度で耐火・耐久性のある建設材料である。

ジンのポルトランドセメント発明（1824 年）当時は、②実用強度を、わずか数日～数週間で発現する。

クリンカーをそのまま粉砕しただけだったので、製品③しかも自由自在に成形することができる。

のセメントは非常に急結性であった。その急結性を④鉄筋などによる補強をして、機能性をさらに高め「散布風化」することによって緩和するようになったることができる。

のは、英国では 1800 年代半ばであり、米国では「散このようなセメント・コンクリートの特長の中で布風化による凝結調節法」が 1870 年に特許になっても、②と③は水和反応とその反応生成物によりもたらいる。我が国でも、明治期から大正期後半までは工場されるものである。水和反応と水和物の化学は、学問に風化場を設けて散布風化を行っていたことは、3.2.3

的に大変興味深い内容を含んでいるだけでなく、コンで述べた。

クリートとしての実際的な応用面にも重要な役割を果している。

セメントの凝結の安定性を得るために石膏を混ぜる
ことを考えついたのは、1870（明治 3）年、ドイツの

しかし、その水和反応と水和生成物は、多種類のイ

ミハエリス（7.4.1 の（11）参照）だとされている。

オンや元素を含む結晶性の悪い微細な粒子（ミクロンミハエリスが石膏の凝結遅延効果に気付いたのは、以以下）である場合が多く、電子顕微鏡が普及し始める

下のような現象についての観察からだったようであ

20 世紀半ばまで、水和現象の真の姿の把握は困難でる。すなわち、ドイツのステッチン工場で、それまであった。

急結性だったセメントが急に緩結性になり、急結性にしかし、先駆者たちは、目に見える現象の詳細な観慣れている使用者から苦情が出た。この時、その工場

察から、水和反応と水和物の本質に迫ろうと努力を続の 社 長 の デ ル ブ リ ュ ッ ク（Hugo Delbruck,

けた。それらの先行研究者の知見の上に 20 世紀後半

1825-1900）は試験の結果、「緩結性セメントは急結性以降に普及した電子顕微鏡や X 線回折を含む機器分のセメントより高い強度を示す」ことを立証した。こ析が応用されて、水和反応と水和物の姿が次々と明らの話を聞いたミハエリスは、セメントが緩結性に変化

かになってきた。しかし、今日もなお、水和反応は以した原因は、使用したコークス中の硫黄含量が多く下のような複雑な反応系であるため、まだまだ解明さなったこと、すなわちクリンカー中に CaSO4 が生じセメント製造技術の系統化調査

81

た こ と に 起 因 す る こ と を 突 き 止 め、 石 膏と名付けられた。この発見により石膏存在下のセメン（CaSO4･2H2O）添加の発明につながったと伝えられ

トの水和反応解明の端緒が開かれた。その後、このアている。しかし、当時はセメントに他の添加物を加え

ル ミ ン 酸 硫 酸 カ ル シ ウ ム 水 和 物ることは禁じられており、石膏添加は「マル秘扱い」「C3A･3CaSO4･32H2O」が、天然鉱物としてドイツのとされていたようである。1883（明治 16）年に至っ

エトリンゲン（Ettringen）地方で産出することがわて、ドイツセメント協会はセメントに 2％までの混合

か り、 そ の 地 名 に 因 ん で「 エ ト リ ン ガ イ ト

物の添加を認め、石膏添加は公認された。

（ettringite）」と名付けられた。（図 7.4、7.6、7.7）

しかし、ドイツ以外では 1880 年代にはまだ石膏添

石膏によるセメント凝結調節作用の機構およびそれ

加は知られていなかった。米国ではアトラス社が回転に関連する C3A の水和反応については、その後、非窯でのセメント焼成に成功（1890 年、3.3.1 参照）し常に多くの研究が行われ、様々な見解が述べられてきたが、製造したセメントの急結性が著しく、回転窯採た。1950 年前半までのそれらの見解は、ボーグ（R.H.

用拡大の障害になった。この問題解決のために同社はBogue・米）が文献（7）に取りまとめており、以後仏の技術者ジロン（P.I. Giron）を招いた。ジロンは、

1995 年 ま で の 研 究 成 果 は、 テ イ ラ ー（H.F.W

回転窯がガス焼成であるため、クリンカー中の硫黄分

Taylor・英）が文献（17）にまとめている。

が減少したことが原因と考えた。彼は、フランスで道路舗装工が水に石膏を溶かしてセメントを使用していることにヒントを得て、セメントに石膏を加えることで問題を解決した。このことで、以後、回転窯焼成が広く普及していった 14）。
もっとも米国でも、秘かに石膏添加を行っていた会社もあったようである。テキサス州のサンアントニ
オ・セメント社（San Antonio Portland Cement）のバウムベルガー（C. Baumberger）社長は、「ドイツのセメントを取り寄せて、顕微鏡下でセメントの中か

図 7.6

ポルトランドセメント水和物の生成過程 1）（原写真：室井宗一）

ら白い粒子を取出して分析したら石膏だとわかったので、石膏使用で急結性の問題は解決した」と談話で述べている 15）。
我が国では、浅野セメントの坂内冬蔵技師が、1888（明治 21）年ドイツ留学から帰国後、同社深川工場で使用を開始したのが最初である。しかし、日本でも当時は「まぜ物」として、一部需要家の非難を受けた。
（3.4 項参照）
このような経過を経て、石膏添加による改善で、それまで急結を避けるために実施されていた風化は廃止された。風化の廃止は、強度を犠牲にすることなく、凝結の安定したセメントの製造が可能になったことを意味し、セメントへの石膏添加はセメント製造技術上

図 7.7

代表的な水和物の電子顕微鏡写真 1）の大発明といえる。
（3）最適石膏添加量 16）（2）石膏添加がセメントの水和反応に与える影響

16）

当初、石膏の添加は凝結の調節を目的としたが、そ1870 年のミハエリスの石膏添加の発明後、早速多の後、凝結以外のセメントの性質に対し、プラス・マ

くの研究者が石膏を添加したセメントの水和反応に取最初に注意が喚起されたのは、硬化後に発生する異り組みはじめた。

82

イナス種々の影響があることがわかってきた。

1892 年、ミハエリス自身により、セメントと石膏

常膨張であり、いろいろな事象の観察や実験から、石との水和反応生成物として「アルミン酸硫酸カルシウ

膏の量が関係することがわかってきた。1886 年、ドム水和物の複塩」が発見され、「セメントバチルス」

イツがセメント規格を改正して「3％以上のセツコウ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

を含有するセメントは異常膨張を呈することがある」

7.5.2

シリケート相（C3S、C2S）の水和 23）と記し、セメント規格に SO3 量限度（当時の設定はポルトランドセメント中のシリケート相の水和につ

2％以下）を定めた。以後各国に SO3 量の上限規制がいては、「C3S の水和速度は速く、それに対して C2S

広がった。日本でも 1898（明治 31）年の「日本帝国は著しく遅い」が、その生成物はともに珪酸カルシウ

ポルトランドセメント試験法」で SO3 は 2.0％以下とム水和物と Ca（OH）2 である。ブルナウアとコープラ規定された。

ンド（S. Brunauer & L.E. Copeland・米）らは、1958

1938 年、ムサグヌグ（G. Musagnug、独）とヘー

年に C3S や C2S は常温水和によって、天然産のトベゲルマン（G. Haegermann、独）は、モルタル強度がル モ ラ イ ト（Tobermorite） に 近 似 し た

最大になる石膏の添加量があること、石膏量の増加に

3CaO･2SiO2･3H2O（C3S2H3）を生成するとした 24）。

よりモルタル乾燥収縮が小さくなることなどを報告した

18）19）

その後、多数の研究者によりカルシウムシリケート。ラーチ（W. Lerch）はさらに広範に研究し

水 和 物（C-S-H 系 水 和 物 と 略 す ） が 研 究 さ れ た。

て、1946 年、①石膏添加量には、強さ最大、膨張・

C-S-H の成分間の比率は、水和時間や水和温度など水収縮最小になる「最適添加量」があること、②その最和 条 件 に よ っ て 左 右 さ れ る こ と が 明 ら か に な り、

適の石膏添加量は、C3A およびアルカリの多いセメン

CSHn～C3S2Hn（n=1~2.5） は 同 一 構 造 で あ る か ら

トの場合高い、と報告した

20）。さらに 1950 年、マイCSH（I）と表現し、C2SHn の構造は CSH（I）と異スナー（H.S. Meissner）らにより、モルタル中の残なるので CSH（II）と区別することが一般的な表現と

存石膏抽出測定による「石膏最適添加量推定法」が提なった。なお、カルシウムシリケート相の水和反応に

案された

21）

。1955 年、山内・近藤ら（東工大）は、

ついては、1995 年までの研究成果をテイラー（H.F.W

石膏添加によりセメントの耐硫酸塩性をより改善出来

Taylor）が文献（17）にまとめている。（図 7.7 参照）

ることを報告した22）。

セメントクリンカー鉱物の水和物の特性を、表 7.5

これらの研究の結果、それまでの規格で定められてにまとめて示す。これらの各鉱物の特性を活かすこといた上限値よりも石膏添加量をやや増加することにで、次章・第 8 章で述べるセメント品種の多様化がよって、セメントの性質をより良く改善出来ることが育ってきた。

判明した。米国規格では 1946 年頃よりセメント中の

表 7.5

SO3 許容限度をゆるめるべく数度の改正が行われ、まセメントクリンカー鉱物の水和物の特性 25）

た 1958 年には英国規格も同じ方向に改正された。現在の JIS の「普通ポルトランドセメント」の SO3 規定
は 3.5％以下となっている。
（4）偽凝結 16）23）
セメントによっては、注水後 5～10 分で軽いこわばりを生じ、その後混練を続けると再び軟化して、以後

7.6 セメント化学への日本人研究者の貢献

正常な凝結現象に戻る、という現象が見られることが「セメント化学」の領域は、大部分が学問の世界である。このような現象は「偽凝結」と呼ばれている。

あり、科学（Science）の世界である。したがって、

偽凝結についても、20 世紀初頭以来数々の研究論文

セメント化学への日本人の貢献といっても、工学の世が発表され、結論的には、①セメント中の石膏の加熱界のように経済的な効果で貢献度を評価するのは困難

による脱水、②セメントの風化、によって起こるとさである。科学の世界では、貢献度の物差しの一つとしれている。

て、その研究者の論文がどれだけ他の研究者に引用さ①の石膏の脱水は主に仕上粉砕工程でのセメント温れたか、を指標にしているケースがある。そこで本稿

度の上昇に起因することが多く、製造工程においてでも、①セメント化学でバイブル的な位置づけにある

種々対策が取られてきている。②は工場出荷後の問題

二つのセメント化学専門教科書に引用された日本人研であり、セメントを風化させないことは、セメントの究者の数、②セメント化学に関する国際会議での発表

輸送・貯蔵などハンドリング上の要諦である。

論文数、を指標として、日本人研究者の台頭と活躍の

なお、偽凝結を現わしたセメントをコンクリートに一端を示すことにしたい。

使用しても、ほとんど支障はない。

セメント製造技術の系統化調査

837.6.1

セメント化学に関する専門教科書に見る日本ロであった。第 3 回は 1952（昭和 27）年、再びロン

人研究者の貢献

ドンで開催され、初めて永井彰一郎博士（東大）と小セメント化学については、日本でも「ボーグの本」、

柳勝蔵博士（秩父セメント）が、主論文（Principal「テイラーの本」と親しみを込めて呼ばれている下記

Paper）に対する討論（Discussion）に参加して議事の本が、世界的に認められた専門的な教科書である。

録に名を残している。第 4 回は 1960 年、米国ワシン（1）
“The Chemistry of Portland Cement”, Robert

トン DC で開催された。この大会では、日本人研究者

Herman Bogue, Reinhold Publishing, 1955

による主論文（総数 20 論文）の発表はまだなかった（2）
“The Chemistry of Cement”, Vol. I & II, H.F.W.

ものの、副論文（Supplementary Paper）は 6 論文（総Taylor, Academic Press, 1964（3）“Chemistry of Cement, 2nd edition”, H.F.W.
Taylor, Thomas Telford, 1997

数 48 論文）と、日本人研究者が存在感を示し始めた。
この大会で「次回大会は東京」が決定された。
第 5 回大会は 1968 年 10 月、東京文化会館（上野）「ボーグの本」（1）と「テイラーの本」（3）について、で 5 日間開催された。日本は、開催国引受けを要請さそれらの本に論文が引用された研究者総数と、その中れるまでにセメント化学界での国際的地位が高まり、での日本人研究者の数を比較すると、1955 年の「ボー大会での主論文 20 件のうち、日本人研究者が５論文グの本」では、を発表するまでの存在になった。この東京大会は、電引用された研究者総数…………………………… 651

子顕微鏡や EPMA などの発達で、クリンカー鉱物やうち日本人…………………………………………… 7

セメントの水和に関する研究が一つの頂点に達した時（日本人論文数）…………………………………… 19期の開催でもあった 26）。

であった。（共著論文は筆頭者のみ数える。また下注参照）

東京大会以降は、第 6 回モスクワ（1974）、第 7 回
パリ（1980）、第 8 回リオデジャネイロ（1986）、第 9

それに対して 1997 年の「テイラーの本」では、

回 ニ ュ ー デ リ ー（1992）、 第 10 回 イ エ テ ボ リ（ ス

引用された論文総数…………………………… 1,535

ウ ェ ー デ ン、1997）、 第 11 回 ダ ー バ ン（ 南 ア フ リ

うち日本人論文数………………………………… 112

カ、2003）、第 12 回モントリオール（2007）、第 13 回

（日本人研究者数）………………………………… 45

マドリード（2011）と続き、第 14 回大会は 2015 年北となっており、1964 年から 1997 年までの約 40 年間

京で開催された。いずれの大会でも、日本からの発表に、日本人セメント化学研究者の国際的な存在感が飛

参加は途切れることなく続いている。

躍的に大きくなったことがわかる。
「テイラーの本」では、牧巌博士（名古屋工大）は 20 論文、内川浩博
士（太平洋セメント）は 14 論文が引用されており、この引用論文数は世界の研究者の中でもトップレベル
である。
（注）ボ ーグ本（1）とテイラー本（3）では、引用論文リストの様式が異なるため、（1）では研究者
総数と日本人研究者数対比、（3）では論文総数と日本人論文数対比とした。
7.6.2

セメント化学国際会議における日本人研究者の存在感の増大「 セ メ ン ト 化 学 国 際 会 議（ICCC: International
Congress on the Chemistry of Cement）」は、セメント化学の研究者・技術者を中心にした国際会議である。1918 年にロンドンで第 1 回が開催され、1960 年
以降は 4～6 年に 1 回のペースで開催されて今日に至っている。
第 2 回は 1938（昭和 13）年ストックホルムで開催されたが、第 1 回、第 2 回での日本人の論文発表はゼ

84

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

注 1： キャラクタリゼーション（characterization）「これは一体何であるか ?」という設問に対する回答を探求すること。
セメント化学の場合では、クリンカーや水和物の構成鉱物の結晶構造、化学成分、物理的・化学的性質などを探求・解明することをいう。
注 2： セメント化学で使う独特の略記号
C：CaO、S：SiO2、A：Al2O3、F：Fe2O3、H：H2O を表す。
たとえば、C3S は化学式では“3CaO･SiO2”を意味する。
本稿でも、以降は適宜この略記号も使うこととする。
注 3： 固溶・固溶体
固相の中で異なる物質が互いに均一に溶け合うことを固溶といい、その固相を固溶体という。全組成にわたって固溶体をつくる場合と、限られた範囲だけで固溶体をつくる場合がある。
注 4： 材齢
セメントに水を加えてからの時間の経過を「材齢」という。材齢 7 日までを「短期強度」、28 日以降を「長期強度」ともいう。
注 5： 変態と転移同一の化学組成でありながら、温度・圧力の相違あるいは生成条件が異なるために、物理的性質や原子配列を異にする物質の状態をいう。変態 A から変態 B に移ることを転移という。

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setting and hardening processes in Portland

セメント製造技術の系統化調査

85

8 セメント規格の変遷と品種の多様化の歴史
いずれの産業においても、「規格」は商取引上からに、この第 8 章では、市場の変化と技術の進歩に伴うも、技術の維持向上の面からも、非常に重要であるこ

日本のセメント規格の変遷と、セメント品種多様化のとは言を俟たない。しかし、セメント産業において歴史をたどる。

は、以下の 2 つの理由から、「規格」はとりわけ重要

8.1 では、規格の変遷や品種の多様化を理解する事な位置づけにあると言える：

前知識として、日本国内で販売されている① JIS 規定（1）セメントは、コンクリートの最も重要な構成材料のセメント、②セメント会社のカタログなどに掲載さであり、そのコンクリート構造体の耐用年数はれている JIS 規定以外の特殊セメント、および③セメ

50 年 100 年あるいはそれ以上を期待される。コントの試験法に関する JIS の概要（項目）を紹介する。

ンクリートの機能の核心を担うセメントには、顧

8.2 では、ドイツを発祥の地として「セメント規格」

客からそれだけの期待がかけられているのであが制定されるようになった経緯を述べ、それを範としり、セメント規格は、その顧客の期待に対するセて明治 38 年「日本ポルトランドセメント試験法」がメントメーカーの「約束」であるとも言える。

制定されて以来、2010 年代までの我が国のセメント このことは一方で、セメント規格に変更、修正

規格の変遷を述べる。

を加えようとする場合に、需要者側から「安全・8.3 では、8.1 で紹介したセメント品種の主なものに安心」面について厳しい目が注がれることにもつ

ついて、それぞれの起源・沿革をたどることとする。

ながる。「石膏添加」や「粉砕助剤の利用」が、安全・安心の面の不安から、技術的な研究成果が8.1.1

2015 年時点のセメント関係 JIS 規格 2）

規格に反映されるまでに若干の時間遅れが出たこ

セ メ ン ト に 関 す る 日 本 工 業 規 格（JIS：Japanとは、既に触れたとおりである（3.4、5.5.2 参照）。

Industrial Standard） は、 現 在（2015 年 4 月 1 日 時（2）セメントメーカーにとって「JIS 規格のセメント点）、品質に関する規格が 5 規格、試験方法に関するを作る」ことは、会社存立の絶対要件でもあると規格が 4 規格、制定されている。

いえる。セメントの最終的な用途の約半分は公共事業であり、公共事業を発注する官公庁の仕様書には、「セメントは JIS 規格合格品を使用」が一
般的な条件になっているからである。
規格に関連してもう一つ重要な点に触れておきたい。わが国のセメントの生産・流通体制は、臨海の大型工場から大型船で各消費地のターミナルに大量輸送（1）品質の規格（5 規格）＊ポルトランドセメント：JIS R 5210
① 普通、②早強、③超早強、④中庸熱、⑤低熱、⑥耐硫酸塩
およびそれぞれの「低アルカリ形」 計 12 品種＊混合セメントされる形態になっており（4.12.3 参照）、この徹底的①高炉セメント：JIS R 5211に合理化された生産・流通体制が、重量物の化学製品②シリカセメント：JIS R 5212

としては驚くべき低価格を支えている。ちなみに、③フライアッシュセメント：JIS R 5213

2013 年のセメント価格は、普通ポルトランドセメン

それぞれ A 種・B 種・C 種あり、計 9 品種

トで約 10,000 円 /t＝10 円 /kg である。この生産・1）

流通体制は、一方で「少品種・大量生産・大量輸送」
を前提に成り立っており、したがって大量に使われるセメントでないと、この生産・流通体制のメリットが＊エコセメント：JIS R 5214
普通形と速硬形

計 2 品種

参考に各セメントの構成を図 8.1 に示す。規格の内容は参考文献（3）に詳しい。

活きにくい。このために、せっかくの新技術・新材料であっても、営業面の見通しから「規格化して商品化する」ことを断念する結果になることもある。また、セメントの特性を評価するために規定された試験方

既に規格が制定されている品種でも、製造・流通コス法で、強度や粉末度などを求める物理試験、化学組成

ト高のために実際には商品が生産・販売されていないを求める化学分析や蛍光 X 線分析、水和熱を求める

状況にある品種も存在する。

水和熱試験が規格化されている。これらの規格は、上セメント規格を巡る以上のような環境条件を前提

86（2）試験方法に関する規格（4 規格）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

記「セメントの品質規格」で規定される品質を確認する。デルブリュックがリーダーシップを発揮してドイツセメント業界を取りまとめ、ミハエリスが規格案を作成したのである。
デルブリュックとミハエリスのコンビは、7.5.1 の（1）項「石膏添加の発明」（1870 年）でも触れた。すなわち、急結性であったセメントが緩結性になった
独・ステッチン工場で、工場長だったデルブリュック
が「緩結性のセメントのほうが急結性より強度が高
図 8.1

JIS 規定のセメントの構成 2）い」と証明したことが、ミハエリスの石膏添加発明につながったことを述べた。デルブリュックが引き受けた当時のステッチン工場は、赤字に悩むぼろ工場でるために用いる。これらの試験方法によって求めた結あったようだが、彼は科学的基礎に立って工場の設備

果を、セメントの試験成績表に記載することになってや作業を改善し、見事に高収益の工場に立てなおし

いる。

た。

JIS R 5201「セメントの物理試験方法」

このステッチン工場立直しの実績で業界内での評判

JIS R 5202「セメントの化学分析方法」と信用が高まったデルブリュックは、自ら発起人とな

JIS R 5203「セメントの水和熱測定方法（溶解熱方法）」

り 1877（明治 10）年、ドイツセメント製造者協会を

JIS R 5204「セメントの蛍光 X 線分析方法」

設立、初代会長に就任、1899 年まで在任した。この協会の設立趣旨 5 項目の 1 つ（後世から見れば最も重8.1.2

特殊なセメント2）

要な項目）に「ポルトランドセメントの請渡および試JIS R 5210 に規定されている品質（項目と規格値）

験の標準規格の制定」があった。その原案を作成提出

以外の品質が要求される場合に使用されるセメントがしたのがミハエリスである。ミハエリスは 1872 年、ある。これらを一般的には「特殊セメント」と呼ぶ。

建築材料試験を目的とする「化学工業試験所」を設立

それらは多岐にわたるので、代表的なものを表 8.1 にしていた。

示し、本稿では、生産量が比較的多い「ビーライトセ

1860 年代のドイツセメント業界には、統一されたメント」と「白色セメント」について、前者は 8.3.1（4）セメント試験法はなく、各工場が独自の考えで試験を項で、後者は同（7）項で説明する。

行っていた。セメント 1 樽の重量も、正味であった

表 8.1

特殊なセメントの種類 2）

り、風袋込であったり、ドイツポンドであったり、英ポンドであったりと、まさに混沌とした状態であった。デルブリュックは、このような混乱状態を是正し、業界永遠の繁栄の基礎を固めたい、と業界団体設立に動き出した、といわれている。
このセメント製造者協会で検討された案が、ドイツ（プロシア）政府の省令により公布され、政府事業に供給されるポルトランドセメントはすべてこの適用を受けることとなった。この公規格が、今日世界各国で用いられているセメント規格の始祖をなした。内容的には以下の 5 項目とその試験法が規定されていた。

8.2 セメント規格の誕生と変遷
8.2.1

セメント規格の誕生 4）

世界で最初にセメント規格が誕生したのは、1878① 1 樽の重量、②凝結時間、③安定性、④粉末度、⑤ 28 日強度
8.2.2

我が国セメント関係規格の誕生とその後の発展 5）6）

年のドイツであった。この時、主導的な役割を果たし日本で最初のセメント規格は、1905（明治 38）年 2たのが、デルブリュック（Hugo Delbruck, 1825-1900）

月 10 日に公布された農商務省告示第 35 号「日本ポルとミハエリス（Wilhelm Michaelis, 1840-1911）であトランドセメント試験方法」であった。この規格が成セメント製造技術の系統化調査

87立するまでの経緯については、3.6.2・3.6.3 で詳しく述（2）1941（昭和 16）年、モルタル強度試験法の大改正

べているので重複は避ける。この農商務省告示は「日本の工業規格第 1 号」ともみなされている。それ以降

セメント品質の最も重要な特性であるモルタルの強のセメント規格の変遷を大括りすると、以下の 3 期に度試験に関して、1941（昭和 16）年、従来の硬練（か分けられよう。

たねり）法に替わって軟練（やわねり）法が採用され、（1）1900 年代から 1950 年代まで（明治・大正・昭和

引張強さに代わって曲げ強さを測定するようになるな

20 年代まで）

ど、大きな改正があった。このため、それ以前の試験

 セメント化学の進歩や分析方法や試験機器の発データを現在の数値と正確に比較することは困難であ達を受けて、規格内容が充実してきた。

る。

 太平洋戦争時期は、産業統制による規格の変更（3）第二次大戦中の産業統制下での規格もあった。
（2）1960 年代から 1980 年代まで（昭和 30 年代から

第二次大戦中は、早強・中庸熱セメント等の「高級昭和の末まで）セメント」は、石炭品位の低下、あるいは製造用資材

 セメントの多品種化の進行に対応して規格が増の欠乏のため製造不能となった。しかし一方で、石炭えてきた。

および諸資材の節約となる高炉セメント・シリカセメ（3）1990 年代から今日まで（平成期）

ントが増産され、一時は全生産高の 1/3 に達した。ま セメント産業のグローバル化に伴い、国際規格

たセメント使用の合理化が要請され、「雑用セメント」

である ISO 規格との整合性を取るための改訂や、「塗装用セメント」等の強度の低い非構造用セメント

セメント産業が循環型社会構築貢献産業の役割をの規格が作られ、販売された。雑用セメントの規格果たすための規格内容の改訂が増えた。

（1942（昭和 17）年制定）では、製造は「ポルトラン
ドセメント焼塊、高炉急冷鉱滓、セメント焼成窯粉塵、

農商務省告示第 35 号「ポルトランドセメント試験

珪酸質混合材、石膏、石灰、その他これに準ずる性質

方法」は、単に政府の購入基準であった。しかし、を有するもの」を原料として混合粉砕することとされ1927（昭和 2）年には、日本標準規格第 28 号（JES28）た。戦後まもなく製造されなくなり、1956（昭和 31）が公布されて、セメント規格も国家の基準的な存在と年に規格も廃止された。

しての位置づけとなり、1949（昭和 24）年に発布された工業標準化法により、国家の基準「JIS」となっ（4）標準砂セメントの強さ試験では、使用する砂の種類によりた。
セメントの JIS には品質基準を定めた品質規格と、セメントの強さが変わる。日本でモルタル試験に使用

その品質を試験するための試験方法規格とがあることする標準砂は、明治・大正期は東京標準砂、その後は前述したが、社会の要請、科学の進歩とともに多品

1927（昭和 2）年に福島・相馬標準砂に変更、さらに種のセメントが生まれ、セメントの品質が向上するに

1941（昭和 16）年に朝鮮の九味浦標準砂、敗戦で入したがって品質規格の項目、基準値も改正されてき手不能になって 1947（昭和 22）年山口県豊浦産の標た。試験方法規格では、規格の普及性を考慮に入れな準砂に変更された。1997 年 4 月、国際規格（ISO679）

がら、科学の進展とともに改正を重ねてきている。以との整合性を図るため、オーストラリア産を標準砂と下、主な改正について略記する。さらに詳しくは文献することに変更された。標準砂の適合性試験及び品質（5）（6）などに記述がある。

確認試験は一般社団法人セメント協会が行っている。

（1）1927（昭和 2）年の改訂（5）少量混合成分

試験温度や供試体の養生法、凝結や強度試験方法な

1979（昭和 54）年、省資源の観点から「普通ポル

どを細かく規定し、また、標準砂（下記（4）参照）

トランドセメント」に「5％までの少量混合成分」をを東京砂から相馬砂に変更した。用語も「耐伸強」を混合してもよいとの規定が加わった。混合材として「抗張力」に、「耐圧強」を「耐圧力」と改めるなど、は、高炉スラグ、シリカ質材、フライアッシュ、石灰

大幅な改正が行われた。

石の 4 種が認められている。その後、2009 年の JIS
改訂で「早強セメント」「超早強セメント」についても少量混合成分の添加が認められた。

88

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

（6）セメント中のアルカリ量の規制 7）8）

れによって需要家は「JIS 規格のポルトランドセメン

1986 年、アルカリ骨材反応抑制のために「低アルトはすべてアルカリ 0.75％以下」が保証されるので、

カリ形ポルトランドセメント」の規定が新設された。

本当に必要な場合に限って低アルカリ形を注文するよ++

セメントに含まれているアルカリ（Na , K ）は、湿度などの条件によっては、骨材中のある種の鉱物とうになり、事実上は低アルカリポルトランドセメントの需要はほとんどなくなった。

反応して体積が膨張する場合がある。この現象を「ア

世界各国のセメント規格の中で、すべてのポルトラ

ルカリ骨材反応」（以下アル骨反応と略称）といい、ンドセメントでアルカリ量が規定されているのは、極コンクリート内部に局部的な体積膨張を生じることでめて少数派（2005 年時点では日本だけ）である。ア

コンクリート中にひび割れが発生し、強度低下をもた

ル骨反応に影響するのは「セメント中のアルカリ」でらす。極端な場合には、コンクリートが崩壊に至るこはなく、「コンクリート中の全アルカリ」であり、コとさえある。このような危険性を避ける目的で、アルンクリートを構成する他の材料（砂利、砂、水、混和

カリ骨材反応性のある骨材を使わざるを得ない場合に材・剤など）が等しく負担すべきであるが、日本では備え、「低アルカリ形ポルトランドセメント」が規定

企業規模で大手企業が多い「セメントでの規制」といされた。

うのが基本とされ、「材料規定」（注 1 参照）の形とアルカリ骨材反応は欧米では古くから知られていたが、日本では「アル骨反応を生じる骨材はない」と信なった 8）。この考え方は、その後の塩化物イオンの規制（次項参照）にも引き継がれている。

じられていて、あまり注意が払われていなかった。ところが、1983 年以降、関西地区を中心にアルカリ骨材反応によるコンクリート構造物の劣化が見つかり、日本でも「アル骨反応あり」と、問題が表面化し、セメント中のアルカリ量に目が向けられることになった。

（7）塩素 8）
1992 年、鉄筋コンクリートの耐久性を考慮に入れて「塩化物イオン量」の規格が新設された。
1980 年代から、前述のアルカリ骨材反応によるコ
ンクリート損傷が問題になったことに続いて、1983

結果として、1986 年、JIS R 5210「ポルトランドセ

年にはコンクリートの塩害問題が NHK テレビで放映

メント」規格改正のさい、附属書に「低アルカリ形」

さ れ、1984 年 に は「 コ ン ク リ ー ト・ ク ラ イ シ ス 」

が付け加えられ、Na2O と K2O の総量を Na2O に換算（NHK）という番組も組まれて、コンクリートの耐久して表示した「全アルカリ含有量」の上限値が 0.6%性について世間の疑念が高まった。

と定められた。

1960 年代以降の高度成長に伴うコンクリート需要「低アルカリ形」の全アルカリ量の規定値を「0.6％の大幅増加は、骨材、特に細骨材の供給力不足を招き、以下」とした経緯は以下のとおりである。アル骨反応

瀬戸内海に面する地域では、海底から採取した砂が一の問題発生が早くから発生していた米国で、1940 年

部水洗不十分のままコンクリート用細骨材として利用

代の調査・研究から、「セメント中のアルカリが 0.6%された。これが原因となってコンクリート中の鉄筋腐以下であれば、アル骨反応によるコンクリートの損傷

食が進行し、コンリートの耐久性に問題を引き起こすは大部分防止できる」ことが確認され、米国規格では、ことになった。

「低アルカリセメント」のアルカリの規格値が、0.6%

このような事態を受けて、鉄筋の発錆に関係する

以下とされている。欧州諸国でも、「低アルカリセメ「コンクリート中の最大塩化物イオン量」を規制する

ント」のアルカリ量を 0.60％以下と定めており、日本検討が始まった。その結果、欧米では塩化物イオン最国内で行われてきた研究結果でも「0.6％なら安全」

大許容量を通常のコンクリートでは 0.6kg/m3、特にと報告されていたため、0.6% 以下とした。

重要なプレストレストコンクリートでは半分のしかしながら、日本のセメントの生産・流通は、臨

0.3kg/m3 としているのに対し、日本では、通常のコ

海部の大型工場から大型船で各消費地のターミナルに

ンクリートにおいても 0.3kg/m3 に設定した。この最大量輸送される形態になっており、アルカリの規定の大許容量にコンクリートの各構成材料の構成比を乗じない普通のセメントと「低アルカリ形セメント」の二て、セメント中に含有される塩化物の規制値は 0.02％

本立ての供給は実態として極めて困難であった。

を上限とすることで、1992 年に JIS R 5210 に規定さそこで、1992 年の規格改正で、すべてのポルトラ
ンドセメントに「全アルカリ」の規格値が新設され、全アルカリ含有量の上限値を 0.75％以下と定めた。これた。この値は、欧州 EN 規格の上限値 0.1％と比較した場合、その 1/5 という厳しい値であった。
その後、セメント産業が循環型社会構築貢献をする

セメント製造技術の系統化調査

89

うえでの産業廃棄物の利用を促進するために、塩化物

近代ポルトランドセメントが普及し、新しい用途がい

イオン量の規格値緩和の動きが起こり、実際に打設さろいろ開けてくると、設計面や施工面からより一層初れているコンクリート中の塩化物量などを勘案し、期強度の高いポルトランドセメントが要求されるよう2003 年、セメント中の塩化物イオン量は 0.035％以下になってきた。オーストリアの国鉄顧問をしていたスに緩和された。

ピンデル（Spindel）は鋭意研究を行い、製造工程を一般的に、コンクリートの塩害には、元のコンク精密化し、高石灰質にした原料を強焼し、得られたク

リートに含まれている塩化物イオンより、コンクリー

リンカーを微粉砕するなどして、1913 年「早強ポルト構造物となってから外部から浸入する海水や融雪剤

トランドセメント」の製造に成功した。

などの塩分の影響のほうが大きいといわれている。

8.3

品種の多様化：JIS に品質の規格があるセメントの沿革

その後各国でも製造されるようになり、日本では1926（大正 15）年、大阪窯業（現・住友大阪セメント）が「高級セメント」として試製を開始、1927 年に市販を始めたのが最初とされる。1929（昭和 4）年にはセメント品種の多様化が進展した背景には、①セメ

浅野セメントが「アサノベロセメント」の商品名で販

ント化学理論の発展と、②セメント製造設備の発達に売を開始、その後各社が「微細ポルトランドセメント」

よって、「求められる機能・品質を有するセメントを、「高級ポルトランドセメント」などの名称で製造販売

安定して製造できるようになった」という技術的基盤

を 始 め た。 早 強 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト の 規 格化 はことがあることは言を俟たない。1960 年代以降の新1938（昭和 13）年（商工省告示）である。

品種開発は、ほとんどの場合、セメント化学の理論に（2）超早強ポルトランドセメント

基づいて開発されてきている。
以下、セメント関係 JIS に品質規格がある「ポルト普通ポルトランドセメントの 7 日強さを 1 日で発現

ランドセメント」と「混合セメント」について、そのするセメントである。緊急工事に使用することを目的

沿革を述べる。
「エコセメント」については次章・第に、セメント化学の知見を基に日本で開発された。

9 章「資源循環型社会構築貢献産業への発展」で詳説

1969（昭和 44）年より生産されるようになり、1973する。

（昭和 48）年に JIS 化された。しかし、その後「超早強コンクリート」は、超早強セメントを使わなくても、

8.3.1

JIS「ポルトランドセメント」規定のセメン

コンクリート混和剤等の使用で可能な技術が開発さトの沿革

れ、超早強セメントは、規格はあるものの製造はされJIS R 5210「ポルトランドセメント」に品質が規定ていない。

されているセメントは、①普通、②早強、③超早強、④中庸熱、⑤低熱、⑥耐硫酸塩の各ポルトランドセメ（3）中庸熱ポルトランドセメント 10）

ントとそれぞれの「低アルカリ形」である。普通ポル

普 通 ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト に 比 べ、 ビ ー ラ イ ト

トランドセメントについては、本稿「セメント製造技（C2S）を増やし、エーライト（C3S）とアルミネート術史」そのものが普通セメントの歴史なのでここでは相（C3A）を減らして、水和熱を低減したセメントで記述を省略し、②早強セメント以下の品種の沿革を記ある。長期強度に優れ、ダムなどのマスコンクリート

す。とりわけ「低熱セメント」は、高機能コンクリー用に使用される。

ト用のセメントとして 1990 年代以降、利用が広がっ

1930 年頃米国で「セメント中のビーライト量を増ており、多少詳しく記述した。また、「白色セメント

し、エーライト、間隙質、特に C3A 固溶体の量を減（ホワイトセメント）」は JIS にその名を冠した規定はらせば、水和発熱量を低減できる」ことが発見された。

ないが、ポルトランドセメントの JIS 規格に合格する

この知見に基づいた「低発熱のセメント」が実際に初ものとして、国内でもすでに 100 年近く製造・販売さめて使用されたのは、1932 年建設のパイン・キャニ

れてきているので、その歴史についてもこの項で含め

オンダム工事（米国カリフォルニア州）だといわれてて説明する。

いる。続いて 1933 年、同じく米国の有名なボール
ダーダム（フーバーダム）にも大量に使用された。

（1）早強ポルトランドセメント

909）日本では 1934（昭和 9）年、浅野セメントが「アサ「普通ポルトランドセメント」の 3 日強さを 1 日でノマスコンセメント」として製造販売を開始し、同年発現するセメントである。19 世紀前半に発明されたに行われた宮崎県塚原発電所の堰堤工事に用いられた

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

の が 最 初 と 言 わ れ て い る。JIS 規 格 化 は 1953（ 昭が多いため、普通ポルトランドセメントを用いた場

和 28）年である。

合、水和による発熱が大きくなって、温度ひび割れや

1970 年代までは日本の「低発熱のセメント」は JIS

長期強度の伸びの低下等の問題点が生じる。これを打「中庸熱」だけであったが、1980 年代以降、次項に述破するために、低発熱の高ビーライト系セメントを高べるような「低熱セメント」や「ビーライトセメント」

強度コンクリートに適用しようとする研究がなされが登場し、低発熱を要求するコンクリートの設計に応た。その結果、高ビーライト系セメントには高性能

じて、「中庸熱」「低熱」「ビーライト」などの選択がAE 減水剤が有効に作用し、流動性および長期強度になされるようになった。
「中庸熱セメント」は大型ダ優れていることが判明して、高強度コンクリートの製ム工事などのプロジェクトに応じて、注文生産されて造に低熱ポルトランドセメントを含むビーライト系セいる。

メントの利用が始まった。

（4）低 熱ポルトランドセメント、ビーライト系セメ

ローセメント」として初めて商品化し、1997 年に「低製品としては、1992 年に秩父セメントが「ハイフント 11）12）

熱ポルトランドセメント」が JIS 化された。

JIS「低熱ポルトランドセメント」は、中庸熟ポル

ビーライト系セメントについては、海外での先行例

トランドセメントよりさらに水和熱が低いセメントではあるものの、現在の高機能品は日本で開発されたセあり、成分的にはビーライト（C2S）の含有量を 40％

メントである。セメント化学の知見が基盤になって開以上、アルミネート相（C3A）を 6％以下と規定され発された様子を紹介するために、低熱ポルトランドセている。このセメントは、下記①～⑦に列挙するようメントの特長を以下に整理して略記しておく。

に機能性の高いセメントである。そのため、使用条件①温度ひび割れの抑制に有効や目的に応じて、クリンカー構成化合物の構成比率や

 水和発熱量が小さいためコンクリートの断熱温度

比表面積等が JIS 規格からはずれた商品設計がなされ上昇が小さく、発熱速度も小さいため、温度応力にる 場 合 も あ る。 こ の よ う な JIS 規 格 外 セ メ ン ト は

よるひび割れの抑制に有効である。

「ビーライト（系）セメント」と呼ばれ、一応「特殊②長期材齢での強度発現性に優れるなセメント」として扱われている（表 8.1 参照）。別 長期強度発現性に優れたビーライト（C2S）が多な言い方をすれば、低熱ポルトランドセメントはビー

く含まれているため、長期にわたり強度が増進す

ライト系セメントの一つであるといえる。

る。

ビ ー ラ イ ト 系 セ メ ン ト の 歴 史 を 遡 る と、 米 国 の③高強度・高流動コンクリート（注 2, 3 参照）に最適

ASTM 規格に「Type IV」として規定されている「低 混和剤を吸着しやすい間隙質相が少ないため、単熱ポルトランドセメント（Low-heat cement）」に源

位水量や高性能 AE 減水剤（注 4 参照）の添加量が流を求めることができる。その後、1970 年代の二度低減でき、高強度・高流動コンクリートの製造に好にわたるオイルショックを契機に、エーライトよりも適である。低発熱のみならず、高強度・高流動化が焼成温度が低く、さらに脱炭酸反応に必要な熱量の少可能なセメントの開発は、高性能 AE 減水剤の性能ないビーライトが、「省エネルギー」の観点から脚光

向上と相まって、高強度・高流動コンクリートの開を浴び、高ビーライト系セメントに関する開発研究が発につながっていった。

ドイツおよび米国を中心に活性化した。

④化学抵抗性に優れる

これら欧米での動きに対し、我が国ではむしろ「低 化学抵抗性の低いアルミネート相（C3A）の含有発熱」に重点をおいて、高ビーライト系セメントの開量が少ないため、硫酸塩などに対する化学抵抗性が発が進められた。すなわち、1980 年代の明石海峡大大きくなる。

橋などの巨大なマスコンクリート用に、クリンカー自⑤自己収縮（注 5 参照）が小さい

体の改良によるセメントの低発熱化がセメントメー

 初期の体積変化の主原因となるアルミネート相

カーに要請され、高ビーライト系セメントの研究・開（C3A）の含有量が少ないため、他のセメントより発が開始された。

自己収縮が小さくなる。

また、同じ時期に、都市部を中心にコンクリート構⑥中性化の抑制に有効である

造物の高層化も進展し、それに伴ってコンクリートの 高炉スラグ微粉末やフライアッシュを混合材とし高強度化も求められるようになった。しかし、高強度て使用した混合系低発熱セメントと異なり、クリン

コンクリートはコンクリート 1m 当りのセメント量

カータイプのセメントであるため、コンクリートの

3

セメント製造技術の系統化調査91

アルカリ性が長期にわたり保持され、中性化の進行②キ ルン高温部（焼成帯）の還元雰囲気で第一鉄を遅延させる効果が長く持続する。

（Fe++）になっている鉄分が、クリンカー冷却過程で酸化され第二鉄（Fe+++）になって発色する（5）耐硫酸塩ポルトランドセメント 13）

ことのないよう、還元雰囲気で急冷する。

硫酸塩に対する抵抗性を高めたセメント（sulfate-③原料やクリンカーの粉砕にはボールミルが使われresisting cement）である。海水中や温泉地付近の土るが、鉄分の混入を防ぐため、粉砕媒体は鉄製で壌、下水、工場排水中や化学工場など、硫酸塩を多くはなく、セラミックス粉砕媒体などを使う。
世界最初の白色セメントは、1880 年代にドイツの含む環境で使用される。
ポルトランドセメントの硬化体は、硫酸塩を含む土ハイデルベルク工場で製造されたといわれる。これは壌、地下水、流水および海水中の硫酸塩にさらされる

アスプジンによるポルトランドセメントの発明から約と浸食作用を受ける。この浸食作用に抵抗性のあるセ

60 年後のことである。日本で初めて白色セメントをメントの研究は、欧州および北米では 19 世紀末から生産したのは小野田セメントの小野田工場（山口県）

始まっていた。その後のセメント化学による理論的なで、1916（大正 5）年であった。その後、需要は戦中・裏付けと相まって、耐硫酸塩ポルトランドセメントが戦後の一時期を除き順調に伸び、国内の複数の会社・誕生したと言える。

工場で生産されるようになり、昭和 50 年代（1975 年

ポ ル ト ラ ン ド セ メ ン ト の 構 成 成 分 で あ る C 3A

前後）には年間 50 万トンを製造するまでになった。

（3CaO・Al2O3）は、硫酸塩と反応してエトリンガイ

しかしその後は、生産量の 50％以上が振り向けられトを生成する（7.5.1（2）項、図 7.4 参照）。このエトていた中東・東南アジアへの輸出競争力が落ちて、リンガイトは、生成するときに非常に大きな結晶成長2015 年現在では太平洋セメントの子会社・山陽白色圧を生じ、コンクリートやモルタルの組織を破壊してセメント（広島県糸崎）でのみ生産されている。白色

構造物の劣化を進行させる。したがって、耐硫酸塩ポ

セメントの化学的・物理的性質などについては文献

ルトランドセメントは、この C3A が極めて少なくな（14）に詳しい。

るよう（JIS 規定は 4％以下）に製造し、硫酸塩に対する化学的抵抗性を大きくしている。JIS 規格は 1978
（昭和 53）年に公示された。

8.3.2 JIS「混合セメント」規定のセメントの沿革 15）
JIS に規定されている混合セメントには、高炉セメ
ント・シリカセメント・フライアッシュセメントの 3（6）低アルカリ形ポルトランドセメント

7）種があり、これらに共通する特性は、長期強度が強く、セメント成分中の全アルカリ量を 0.60％以下に抑え

化学抵抗性が大きく、水和熱が小さいことにある。こたセメントである。コンクリートに使用する骨材が、れらの効果は、高炉セメントについては「潜在水硬性」

アルカリ骨材反応性について「無害であるとの判定がが、シリカセメントやフライアッシュセメントについできない」場合などに使用できるよう規格化された。

ては「ポゾラン反応」が寄与している。そこで、各論

規格制定の経緯は、8.2.2（6）項で述べている。

に入る前に、混合セメントの機能を理解する上で重要な「潜在水硬性」と「ポゾラン反応」について、簡単（7）白色（ポルトランド）セメント

14）に説明しておきたい。

「白色セメント」は、文字通り色が真っ白なセメントである。しかし、化学的性質も物理的性質も普通ポ
ルトランドセメントと差はほとんどなく、「JIS 普通

高炉水砕スラグは、製鉄所の高炉から溶融状態で排ポルトランドセメント」と表示することも可能であ出されたスラグを水で急冷した白色ないし褐色の軽石る。主な用途は、建築物の内外装仕上げ材、吹付け材、状の粒状物質である。

人造大理石、カラーセメント、景観コンクリート製品などに広く使われている。

高炉水砕スラグは、単に水と練り混ぜただけでは硬化しないが、アルカリなどの物質と共存することに製造上、普通ポルトランドセメントに比して特に重要な注意点は以下の 3 点である。
①原料には、酸化鉄や酸化マンガンなどの呈色成分

92＜潜在水硬性＞ 16）

よって水和反応を開始し、硬化する性質をもっている。これを「潜在水硬性」と呼び、アルカリが「刺激剤」と呼ばれる役割を果している。

の少ない石灰石や粘土類を選び、クリンカー中の高炉水砕スラグの場合、刺激剤のアルカリで溶液の着色成分である鉄分等を極限まで少なくする、pH を 12 以上にすれば潜在水硬性が顕在化してくる。

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刺激剤により刺激を受けた高炉水砕スラグは、それ自リカを主成分とするものに分類できる。

体から溶出する Si、Ca、Mg や Al などのイオンが水和物を生成するとともに、溶出した成分により溶液の（1）高炉セメント 18）

pH が維持されてイオンの溶解と水和物の生成が継続

製鉄所から出る高炉スラグ微粉末を、ポルトランド

し、高炉スラグの水和反応が進行して構造体は硬化しセメントに混合したセメントである。長期強度の増進ていく。

が大きく、水和熱が低く、耐海水性や化学抵抗性に優ポルトランドセメントクリンカーは、水和反応により Ca（OH）2 が生じて溶液中の pH が 12 を超えるこれている。主にダムや港湾などの大型土木工事に使用される。

とから、刺激剤として機能する。このことから、高炉

溶鉱炉から出る高炉スラグを水で急冷・破砕すると水砕スラグをポルトランドセメントと混合し高炉セメ

ガラス質の砂粒状のスラグ（水砕スラグ）が得られる。

ントとして利用する、という形が成り立つ。

ド イ ツ の 製 鉄 所 技 師 長 を し て い た ラ ン ゲ ン（E.
Langen）は、この水砕スラグと石灰との反応を研究＜ポゾラン反応＞17）

ポゾラン（Pozzolan）とは、天然または人工の珪酸し、1862 年、水砕スラグに潜在水硬性のあることを明らかにした。

（シリカ）質の微粉末混和材のことである。シリカ

1870 年頃ドイツのミハエリス（7.4.1（11）項参照）（SiO2）あるいはシリカとアルミナ（Al2O3）を主成分

が、「ポルトランドセメントに、火山灰等のポゾランとし、それ自身は水で練っても硬化する性質はないや高炉水砕スラグを混ぜると、ポルトランドセメント

が、水の存在下で水酸化カルシウム（Ca（OH）2）との性質が改善される」という研究発表をした。すなわ

常温で反応して、不溶性の物質を生成し硬化する性質

ち、次の二つの発見をしたのである。

を示す。この現象を「ポゾラン反応」と呼んでいる。

①それまでに知られていた生石灰・消石灰によるポゾ

これは上記「潜在水硬性」とは似て非なるものである。

ラン反応効果や潜在水硬性刺激効果が、ポルトラン

アルカリにより SiO2 が溶出し、その SiO2 が CaO とドセメントから溶出する Ca（OH）2 でも、まったく反応して硬化する点では同じであるが、潜在水硬性材

同じように作用する。

料はいったん反応が始まれば以降は自らの CaO で硬②コンクリート中に残存する Ca（OH）2 をポゾランや化が進むのに対し、ポゾランは自身では CaO を持た高炉スラグが吸収することで、コンクリート硬化後ないので、水和物の生成・硬化に必要な CaO は外かに Ca（OH）2 が溶出したり、空気中の CO2 と反応しら供給する必要がある、という点で潜在水硬性材料とて、コンクリートの劣化の原因になることが防げ

は異なる。

る。

早強ポルトランドセメントや普通ポルトランドセメ

このミハエリスの発見を受けて、1882 年、プリュー

ントでは、水和によって多量の水酸化カルシウム（Caシング（G. Prussing、独）が、ポルトランドセメン（OH）2）を生成する。この Ca（OH）2 は強度発現には

トに高炉水砕スラグを 30％混合した高炉セメントを、あまり役にたたず、しかも珪酸カルシウムやアルミン

フォルヴォール（Vorwole）セメント工場（独）で始酸カルシウムの水和物に比較して溶解度が大きく、長めて製造した。当時、発明者とドイツセメント協会とく水と接触していると溶出する可能性が大きくなる。

の間で、セメントの純度について激しい議論が交わさそこで、可溶性のシリカやアルミナを含む混合材（ポれたようである。

ゾラン）をポルトランドセメントに加え、水和によっ

その後ドイツでは、1901 年にスラグ量 30％以内のて生じた Ca（OH）2 と化合させてケイ酸石灰やアルミ

高炉セメントを「鉄ポルトランドセメント（Eisen

ン酸石灰の水和物を生成させ、安定化させる。結果的

Portlandzemente）」と命名、1909 年に規格化された。

に、硬化体コンクリートの不透水性向上、化学抵抗性

その後、G. プリューシングの子息 P. プリューシング

の増大、水和熱の低減、長期強度の向上などに寄与す

が、高炉スラグの配合量 60～70％の高炉セメントる。

（Hochofenzement）を 1907 年に生産、1917 年に規格

ポゾランは人工と天然の 2 種類に分類される。人工化された。

ポゾランには、フライアッシユ、シリカフューム、ラ日本では 1910（明治 43）年、当時の八幡製鉄所がイスハスクアッシュ（籾殻灰）などがある。天然ポゾ

高炉スラグ有効利用法の一つとして研究を始め、1913

ランには、火山ガラスや粘土のようにシリカとアルミ（大正 2）年から工場生産に入り、1918（大正 7）年にナを主成分とするものと、オパールや珪藻土などのシはクリンカーからの一貫生産体制を整えた。

セメント製造技術の系統化調査

93

1926（大正 15）年には規格も制定された。昭和 35の 混 和 材 に 使 用 す る 研 究 は、 ア メ リ カ で は す で に年（1960 年）改正された JIS の高炉セメントでは、

1914 年頃には始まっており、1937 年頃より研究も盛スラグ量により A 種（30％以下）、B 種（30％をこえんになり、1940 年頃からダムコンクリートに大量に60％以下）、C 種（60％をこえ 70％以下）の 3 種があ使用されはじめた。
日本では 1950（昭和 25）年頃から研究が始まり、る。

1956（昭和 31）年からは、ポルトランドセメントに（2）シリカセメント

9）

フライアッシュを添加した混合セメントが「ポゾラン

天然のシリカ質混合材（JIS では SiO2 を 60％以上セメント」の名で生産され始めた。1960（昭和 35）

含む材料と規定）を混合したセメントである。ポゾラ

年の JIS 改正のさいに、「フライアッシュセメント」

ン反応により、コンクリートの透水性・耐久性・化学として規格が制定され、フライアッシュの混合量によ抵抗性が改善される一方で、初期強度が低いことと、りシリカセメント同様 A，B，C の 3 種が規定されて乾燥収縮がやや大きい点に留意する必要がある。

いる。

この種のセメントの起源としては、ギリシア・ロー
マ時代から中世を通じて使われてきた「消石灰にポゾランを加えた石灰モルタル」があるが、この消石灰を主役の交代：高機能コンクリートの主

8.4 役はセメントから混和剤へ

11）19）

ポルトランドセメントに置換えることを考えたのは前

セメントそれ自体に特別な機能・性能を付与する方

項・高炉セメントの項にも述べたように、ミハエリス

法としては、①クリンカー鉱物を改良する、②セメンである。19 世紀末には良質のポゾランに富むドイツ、

トの粒度や粒子形状の調整する、の 2 方法がある。本

イタリアなどで「ポルトランドポゾランセメント」と章・第 8 章では「クリンカー鉱物の改良」によって、して大量に使用されるようになった。

いろいろな機能をもったセメント品種が開発されてき日本では 1899（明治 32）年、小野田セメントが、たことを述べてきた。しかし、この方法によるセメン

佐世保軍港船渠用に、重量比でセメント 3 に火山灰 1

トの高性能化・高機能化は一つの限界に達したとも見を添加した混合セメントを出荷した。セメントの化学られる。クリンカベースでの高機能セメントの開発

抵抗性（耐硫酸塩性）を高める目的であった。

は、現在では世界的にもほとんど行われなくなってい大正年代（1910 年代）に花崗岩仮焼粉末を混合材る。

にしたセメントが一時製造されたことがあり、その後

1995 年、内川浩博士（当時、秩父小野田顧問、長1935（昭和 10）年頃より数社のセメント会社から「珪岡科学技術大学客員教授）は、「主役の交代」と題し

酸セメント」などの商品名で生産が開始された。1940

た 論 説 を「 セ メ ン ト・ コ ン ク リ ー ト 」 誌 に 発 表 し（昭和 15）年に「珪酸質混合セメント」として規格がた 19）。その論旨「コンクリートの主役はもはやセメ制定され、1947（昭和 22）年の規格改正で「シリカ

ントではなく化学混和剤である」は、セメント・コン

セメント」と名称が変更された。現行 JIS では混合材

クリート関係者の間に大きな反響を呼んだ。

の 量 に よ り、A 種（10 ％ 以 下 ）、B 種（10 ％ を こ え

コンクリートに新たな機能性を付与・改善する手段

20％以下）、C 種（20％をこえ 30％以下）の 3 種が規として、コンクリート混和材料、とりわけ化学混和剤

定されている。

の利用は今後さらに重要な役割を担うと考えられ、新しい機能を持ったコンクリートの開発においても、混（3）フライアッシュセメント

9）

主に火力発電所で石炭の燃焼時に発生するフライアッシュ（微粉状の石炭灰）のうち、良質なものを混

粒子形状の調整による手法が主流となっていくと考えられる。

合したセメントである。良質なフライアツシュは人工そして今や、これまで培ったセメント製造技術やセポゾランの一種であり、ポゾラン反応により、長期強メント化学の知識の蓄積は、セメント産業が 21 世紀

度の増進、乾燥収縮と透水性の減少、化学抵抗性の向の新たな使命「循環型社会貢献産業」を担うための技

上など、セメントの性質を改善する効果がある。ま

術開発の礎として、大きな役割を果しつつある。このた、粒子が球形なので、コンクリートのワーカビリテ

点について、次の第 9 章で述べる。

イー（作業性）が向上する。主にダムや港湾などの大（注）コンクリート混和材料は、本稿が対象とする「セメント製造技術」の範囲外であり、本稿でも上型土木工事に使用される。
フライアッシュを人工ポゾランとしてコンクリート

94

和材料の使用、混和剤の性能向上、セメントの粒度や

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

記に加え、1.1、2.4 で簡単に触れるにとどめている。コンクリート混和材料の技術内容につい参考文献ては、参考文献（20）などに詳しい。

1） セメント協会，セメントハンドブック，2014.
2） セメント協会，セメントの常識，2013.

注 1：「材料規定」と「性能規定」
規格の決め方には、材料を個別に規定する「材料規定」と、性能・品質が確保されれば材料は自由に選択できるとする「性能規定」がある。現在のセメント JIS 規格は
基本的には材料規定であり、セメント中のアルカリ量の規定（0.75%）も、コンクリートを構成する他の材料（水、骨材、混和材・剤など）の規定とは事実上無関係に決められている。これに対して「性能規定」を採用した場合には、例えば「アル骨反応を防止するために、コンクリート中のアルカリ総量は Na2O 換算で 3kg/m3 以下とする」という形での規定になる。
規格を性能規定化することで、使用者側は施工技術や使用材料の選択肢が広がり、供給者側も市場（需要）環境に応じた材料供給ができるので、結果的に省資源・省エ
ネにつながると考えられ、世界的には性能規定化が流れになっている。
注 2： 高強度コンクリート 2）
通常のコンクリートの圧縮強度は、例えば生コンの JIS
でみると、「呼び強度 45」すなわち 45N/mm2 が最大値である。これに比較して強度が高いものを高強度コンク
リートと称している。高強度コンクリートを使用すると鉄筋コンクリートなどの部材断面を小さくすることができ、結果として自重を軽減できる。このことからも、橋梁、タンク、高層ビル、プレキャスト工場製品などに多く用いられている。
注 3： 高流動コンクリート 2）
施工性の改善等を目的として、コンクリートの流動性を高めたものを「高流動コンクリート」と称する。高流動
コンクリートは、流動性ばかりではなく、材料分離抵抗性にも優れ、型枠の隅々まで充填でき、硬化後の強度や耐久性にも優れるなどの特徴をもっている。
高流動コンクリートは、コンクリート品質の信頼性向
上、現場の省力化、打込み・締固め作業にともなう騒音の低減による労働環境の改善、ひいては施工システムの合理化などに効果がある。
注 4： 高性能 AE 減水剤 10）
高流動化剤とも呼ばれ、コンクリートの流動性を非常に高める混和剤（界面活性剤）である。この性質を利用して、通常のコンクリートと同等のワーカビリティーを保ったままで、単位水量を減少させることができるため、高強度のコンクリートが得られる。
注 5： コンクリートの収縮：次の 2 種類がある：＜乾燥収縮＞
コンクリートを施工するさいに添加された水のうち、水和に必要とした以外の水が、その後のコンクリートの乾燥により蒸発して、コンクリートが収縮する現象をいう。
＜自己収縮＞
セメントの水和反応終了（硬化）後、水和物の体積が、元の（セメント＋水）の体積よりも小さくなる（収縮する）現象をいう。通常の場合、自己収縮量は乾燥収縮量の 1/10 程度だが、減水剤を使用した高強度コンクリー
トなどでは、自己収縮が問題になることがある。

3） セメント協会，セメント規格がわかる本－ JIS 解
説書「セメントの品質規格」編 2010 年版，日本規格協会，2010.
4） 藤井光蔵，ポルトランドセメント発達の沿革（1）－（18），セメント・コンクリート，No.105-130，
1955-1957.
5） 平野生三郎，わが国セメント規格の変遷，セメン
ト・コンクリート，No.253, pp.41-47, 1968.
6） 村橋均次郎，セメント規格の変遷，セメント・コ
ンクリート，No.500, pp.236-245，1988.
7） 岡本英明，低アルカリ形ポルトランドセメント，
C3 クリップボード，セメント協会，p.4，2008.
8） 羽原俊祐，材料開発の技術展開 セメント，セメ
ント・コンクリート，No.700, pp.1-11，2005.
9） 森

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セメント製造技術の系統化調査

95

9 資源循環型社会構築貢献産業への進化
日本のセメント産業は、1970 年代頃から、産業廃副産物を天然原料の代替（代替原料）として利用する

棄物・副産物（注 1 参照）をリサイクル原燃料としてことが可能である。また、廃タイヤ・廃油・廃プラス

大量に使用するようになってきた。当初は原燃料コスチックなどは高い発熱量を持っているため、セメント

ト削減の手段として始まったこの産業廃棄物の利用

焼成に使用する燃料の補助（代替燃料）として活用では、その後、産業廃棄物から都市ごみ等一般廃棄物のきる（表 9.1）。

リサイクルにまで拡大し、地球環境問題に関する問題

表 9.1

意識の高まりや、最終処分場の逼迫という差し迫った主な廃棄物・副産物の成分例 3）

現実問題の中で、セメント産業の新しい役割、社会への貢献として高い評価を受けるようになってきた。
この第 9 章では、21 世紀のセメント産業が、20 世紀を通じて培ってきたセメント製造の設備・技術やセメント化学の知識を基盤に、「建設基礎資材供給の基幹産業」から、「持続型（Sustainable）社会・資源循
環型社会構築を支える中核産業」へと発展しつつある姿を述べる 1）。

セメント産業は、さまざまな廃棄物や副産物を活用

9.1 では、セメント産業がどのような廃棄物を再資する技術を開発し、代替原燃料として使っている（図源化しているのか、なぜそれができるのかを述べ、9.2

9.1）。2012 年度の全セメント工場の廃棄物・副産物等

では、セメント工場で再資源化できる廃棄物の種類やの受け入れ総量は年間約 2,850 万トンとなり、セメン

量の拡大のために、新たに開発された主な技術につい

ト 1 トンあたりの廃棄物・副産物の使用量は 481kgて説明する。9.3 では、2011 年に発生した東日本大震となった（図 9.2、表 9.2）
。なかでも、表 9.2 に示す

災の災害廃棄物の処理に大きな貢献をした太平洋セメ

ように、高炉スラグと石炭灰は使用量が多い。高炉ス

ント大船渡工場（同工場自体も地震・津波で大被害をラグは発生量の約 1/3 をセメント産業で混合材や原料受けた）ほか、東北・関東地区のセメント工場の震災として用いている。石炭火力発電所から排出される石廃棄物処理への貢献を述べて締めくくる。

炭灰においては、発生量の約半分を原料や混合材とし

9.1

セメント工場を中心とした資源循環型システム 2）3）

今日、日本のセメント産業が原燃料として再資源化て用いている。
9.1.2

セメント製造プロセスが廃棄物処理に適している理由 3）

して利用している廃棄物・副産物の量は、2012 年度

セメント産業は多種多様な廃棄物をセメント製造ので 2,850 万トンにも達しており、わが国で最終処分

原料や燃料として再資源化しているが、そのような再（埋立）されている廃棄物量（12 年度約 1,300 万トン）

資源化ができるのは、次のような製造上の特長があるの 2 倍以上に相当する膨大な量である。では、どのよからである。

うな廃棄物・副産物がセメント工場で再資源化されて（1）セメントキルンでの焼成温度が高いので、ダイオいるのか、なぜそれが可能なのかについて以下に述べ

キシンやフロン等の有害物質は、分解・無害化さ

る。

れる。

9.1.1

セメント産業で利用される廃棄物・副産物の種類 3）

セメントクリンカーの製造には、主成分であるカル
シウム、珪素、アルミニウム、鉄を多く含んだ原料が必要で、かつてはそのほとんどを天然原料に依存してきた。しかし、これらの成分を含んでいれば廃棄物や96

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

図 9.1 セメント工場を中心とした資源循環システム 3）

への振替えも含めた工場間協力も選択肢となる。
焼却灰や廃油など、廃棄物によっては重金属などの有害物質が含まれていることもありうる。従って、セメント工場では、廃棄物の受入れ契約をする前に、以下のような点を徹底的に調査し、安全性を確認している。
①セメント製造工程で有害物質が大気中に排出される可能性がない。
②セ メントが需要者のもとでコンクリートに使われ、あるいは土壌安定材として使われた時、有害物質が排水や土壌中に溶出する可能性がない。
図 9.2 廃棄物・副産物使用量とセメント生産量の推移 3）

これらの調査・検討にあたっては、過去に蓄積されてきた製造技術のノウハウやセメント化学の知識が総（2）セ メント工場の有効利用エネルギー率は 80％と動員されている。また、受入れ開始後も、契約内容通非常に高く（図 5.13）、焼却炉で焼却する場合にりの廃棄物が納められているか、排煙や製品品質が管比べて、はるかに高いエネルギー利用率になる。

理基準内か、常に厳しくチェックが行われている。

（3）廃棄物を燃やした後の灰中の成分は、セメント原

以下、セメント製造プロセスで廃棄物を安全かつ大料の一部分となって回転窯内で焼成されセメント量に利用する目的のために、新たに開発された技術にクリンカーとなる。従って、セメント工場での廃ついて述べる。

棄物の利用は二次廃棄物の発生を伴わない。

なお、表 9.2 に掲げられている廃棄物・副産物の内、一方でセメントキルンは、1 年に数週間は連続して特別な前処理なしでそのままセメント製造プロセスに休転（計画休転）し、内部に貼ってある耐火煉瓦など投入できる廃棄物・副産物も多い。例えば、高炉スラの補修・修理をする必要がある。高炉スラグ、石炭グ、石炭灰、副産石膏、鋳物砂、製鋼スラグ、廃タイ

灰、焼却灰、廃タイヤ、廃プラスチックなどは、そのヤ、ボタなどである。

間の在庫の保管にそれほど大きな問題はないが、下水
汚泥や生ごみを受け入れる場合には、休転中の対応策について十分な事前検討が必要である。キルンが複数

セメント産業における廃棄物再資源化

9.2 技術2）

基ある工場の場合は対応がしやすいが、キルン 1 基の在来の廃棄物処理技術では再資源化することが困難

工場の場合は、自社他工場、場合によっては他社工場

な廃棄物を、セメント工場で処理してほしいとする要

表 9.2

セメント産業が活用している廃棄物・副産物の主な用途と使用量 4）

セメント製造技術の系統化調査

97

請が、1990 年代以降年々高まってきており、セメン
ト会社における環境技術の研究開発が重みを増してき9.2.2

塩素バイパス 6）7）：セメントキルンでの廃棄物大量処理の道を拓いた大発明ている。本節では、日本のセメント産業で技術開発さセメントの原料や燃料から持ち込まれる塩素、アルれ、実用化されている主な再資源化技術について述べ

カリ、硫黄などの揮発性成分は、キルンおよびプレる。

ヒーター系内で循環する。この循環により、特に塩素成分はやがて 150 倍前後に濃縮され、低融点物質を生

9.2.1

廃タイヤの代替燃料化

2）

成してプレヒーター内壁面へのコーチングを形成す

1978 年から日本セメントはブリヂストンと共同で、る。その結果，通風抵抗の増加やサイクロン詰まりな廃タイヤをセメント製造工程で有効利用する研究に取どのトラブルを引き起こし、キルンの安定運転を損う

り組み、サスペンションプレヒーター下部に廃タイヤ原因となっていた。

投入用シュートを設け、発熱量換算で全使用燃料の一方、環境保全ならびに資源の有効活用を目的とし15% 以下に相当する廃タイヤを、粉砕せずにそのまて廃棄物の代替原燃料化が推進されるにつれて、従来

まロータリーキルン内に投入する技術を確立した。こにも増してセメント焼成系にインプットされる揮発性5）の技術で特許を取得して 、現在のセメント工場にお成分、特に塩素量が増加してきて、キルンの安定運転

いて大量の廃タイヤを有効利用する嚆矢になった（図の面からも、廃棄物受入量拡大の面からも、効果的に9.3）。

塩素を除去する技術の開発が望まれていた。
このような状況を背景に、秩父セメントはキルン・
プレヒーター系からの効率的な塩素除去を目的とした
独自の「塩素バイパスシステム」を開発、1990 年に 1号機を秩父工場に設置した。
この塩素バイパスシステムは、厳密な解析のもとに設計されたプローブ（煙道ガス吸引器）を用いて窯尻
ガスの一部を抽気し、そのガスを即座に塩素化合物の凝固点以下まで急冷することによって、塩素化合物を凝縮固化させて抽出・回収するシステムであり、次のような特長を持つ：①塩素成分が最も濃縮されている位置で、かつダスト濃度が低い位置を特定して、そこから抽気する

図 9.3

セメントキルンへの丸タイヤ搬送装置 3）ので、系内に持込まれた塩素の大部分を、極めて少ない抽気率で系外に取り出すことができる。一本技術の特徴は次の 5 点である。

方で、セメント原料として有効な成分を多く持つ①プレヒーターのコーチングの成長やサイクロン詰

ダストは吸引されにくく、従って熱損失も少なまりを起こすおそれが少なく、排ガス温度の上昇もないので、長期安全運転の障害にならない。
②廃タイヤをそのままの形で燃料として使用するため、粉砕による騒音・振動の問題がなく、コストい。
②抽気して即座に 300℃以下に急冷するので、ダイオキシン類の再合成は起こり難い。
③システム内に適切な分離粒子径をもつサイクロンを設置し、塩素含有率の少ない粗粒はキルンに戻上も有利である。
③廃タイヤの燃焼にともなう 2 次公害がない。むしすシステムである。その結果、キルン系外に排出ろ、従来のセメント焼成における NOx の発生量

される塩素含有ダストの量はクリンカー生産量のを減少できる。

0.1％以下と少量であり、そのまま仕上工程でセ④生産されるセメントの品質に全く悪影響を与えなメントに少量添加することで工程内消化されている。

い。
⑤スチール入りの廃タイヤでもそのまま利用できる（鉄成分として原料になる）。

この塩素バイパスシステムの開発によって、塩素分を含む廃棄物の処理能力が大幅に増加した。一例としてあげれば、塩化ビニールが多い廃プラスチックは、受入れを断る事例が多かったが、塩素バイパスを設置

98

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

した工場ではその許容度が大きく拡大した。かつては

うな知見を得た。

塩素のキルン系への入量は、プレヒーター内部のコー①固定炭素をほとんど含まないポリエチレンの燃焼

チング生成など「工程トラブル」が制約要因であった

形態はガス化燃焼であり、液滴燃焼と同等と見なが、今日では JIS 規格の「セメント中の塩化物イオンせる。

量」が制約条件になってきている（8.2.2（7）参照）。

②仮焼炉内でポリエチレン粒子を空間燃焼させるた

このシステムは、開発した秩父セメント、合併後のめには、吹込み速度が重要であり、20m/sec で太平洋セメントの全てのキルンに設置されているほはポリエチレン粒子の質量が 0.5mg を超えるとか、技術導出先の太平洋エンジニアリング社および炉壁に衝突してしまうが、10m/sec では 3.5mg

Technip 社（フランスの総合エンジニアリング会社）

まで、5m/sec では 4.0mg までの粒子が空間燃焼を通じて、国内外のセメント会社に広く採用され続け可能である。

ている。SP・NSP キルンの泣き所であった「低融点以上の予備実験を踏まえ、1999 年、廃プラスチッ

塩化物の蓄積によるサイクロン詰りなどの工程トラブ

クの前処理設備を設置した。異物混入や粉砕品の容重ル」の発生を劇的に減少させるのみならず、セメント変化等の初期トラブルを解決して、以降安定運転を継キルンでの廃棄物大量処理の道を拓いた日本発の大発続している。

明の一つである。
9.2.4
9.2.3

廃プラスチックの代替燃料化 2）8）

下水汚泥のセメント資源化技術 2）

下水汚泥のセメント資源化についても、セメント各「廃プラスチック」と一語で表現はされても、廃棄社がそれぞれの工場の立地条件や下水処理場の施設の物として排出されるプラスチックは、種類・形状から状況などを加味して、受入れを行っている。最大の問

汚れの程度までまさに千差万別であり、排出側の自治

題は臭気・衛生対策であり、またキルン系統の休転中

体や企業と、受入れるセメント工場側で十分に打ち合の対応方法をしっかりしておく必要がある。一般的にわせて、受入方法、粉砕機選定を含めた受入設備の内は、下水汚泥を下水処理場から、例えばアームロール

容を決めるのが一般的である。ここでは、廃プラス

車のような密閉式タンクのトラックで直接セメント工

チックを回転窯の補助燃料として窯前吹込みする技術

場の密閉タンクに受け入れ、そのままキルン内に送入を開発したトクヤマの例と、プレヒーターの仮焼炉用する「生取り」と言われる方法が採用されているようの補助燃料に利用する技術開発をした太平洋セメントである。

の例を、技術開発の参考例として記す。
トクヤマ（山口県）は、1992 年に国内セメントメー

9.2.5

都市ごみのセメント資源化技術 2）カーで初めて廃プラスチック（廃プラ）のサーマルリ

都市ごみは、そのほとんどが焼却され、焼却残渣サイクルを目的に廃プラの燃料化の技術開発に着手、（焼却灰）は埋立て処分されている。しかし 1990 年代破砕された廃プラを回転窯前部（窯前）より安定的にには、埋立て処分場の逼迫が社会問題になり、都市ご

大量に吹き込む技術を開発、1999 年に廃プラ燃料化

みを再利用する技術の開発が急務とされた。このよう（破砕）プラント（破砕能力：15,000 トン / 年）を設

な社会的要請の中で、都市ごみのセメント資源化を目置した。この技術は、2002 年度経済産業省産業技術的として開発された 3 件の技術を紹介する。いずれも

環境局長賞を受賞した。その後も、同社は廃プラの受

その後実機プラントで運転中であり、循環型社会形成

入拡大要請にこたえる形で順次プラントの増設を行に大きく貢献している。

い、2015 年時点では 125,000 トン / 年の廃プラの受入（1）灰水洗システム

破砕、燃焼能力を有するまでに増強されている。

（2）エコセメント

もう一つの例として、太平洋セメント熊谷工場（埼玉県）におけるポリエチレンフィルム廃材受入のための技術開発のケースについて述べる。

（3）AK システム
これら 3 件の技術は、いずれも日本で独自開発された循環型社会構築貢献技術である。今後、海外におい技術開発に当たっては、補助燃料としての使用場所て日本と同様の都市ごみ問題が生じてくるような国・を、サスペンションプレヒーターの仮焼炉用の補助燃地域が出てくれば、技術導出などの機会も生まれてく

料に使うことを目的に定め、電気炉による燃焼試験おるであろう。

よび熱流体シミュレーションによる熱解析を行い、空間燃焼のための諸条件を検討した。その結果、次のよ

セメント製造技術の系統化調査

99

（1）灰水洗システム 2）て、フリーデル氏塩を含有する飛灰でも、キルン排ガ

図 9.4 に灰水洗システムの代表的なフロー図を示

スの二酸化炭素を用いることによって高い脱塩率を達成できることが判明した。また、飛灰を水洗・ろ過しす。
焼却残渣をポルトランドセメントの原料として使用て発生するろ液については、キルン排ガスを吹き込んする場合に、もっとも問題となるのは焼却残渣に含まで pH を 7.2～10.2 に調整処理した場合、2 次ろ液ではれる塩化物である。焼却残渣はボトムアッシュ（焼却

水銀以外の重金属類は全て検出限界以下になることを灰、主灰）およびフライアッシュ（煤塵、飛灰）の 2

確認した。

種類に分類される。主灰に含まれる塩化物イオンは一方で、飛灰が加湿されたまま日数を経ると、水和

0.4～3% 程度と低く、セメントキルンで気化した塩化反応が進行して固化が進むとともに、フリーデル氏塩物を除去する「塩素バイパス」を駆使することによっの含有量が増加することも判明したので、飛灰は乾燥て、脱塩処理をせずに直接セメント原料に使用するこした状態のままセメント工場に持込むよう、ごみ焼却とが可能である。一方、飛灰には 5～20% 程度の高濃場側に依頼することにした。

度の塩化物イオンが含まれているため、前処理をせず以上のラボテストの結果を基にして飛灰水洗脱塩実

セメント原料に直接使用することは不可能であり、セ証プラントを設計し、1998 年に熊谷工場内に設置しメント原料化には脱塩処理が必要となる。飛灰に含また（図 9.5）。塩化物イオン濃度が 15% 程度の熊谷衛

れている塩化物はそのほとんどが水溶性であることに生センターの飛灰を、水洗脱塩処理して得たケーキ中着目して、秩父小野田（現・太平洋セメント）では、の塩化物イオン濃度は 0.5% 以下になり、脱塩率は水洗による脱塩技術の開発に着手した。以下にその開97% であつた。

発経緯を略記する。
ごみ焼却炉にはストーカ炉と流動床炉がある。いくつかの焼却場からそれぞれの形式の炉の飛灰を得てラ
ボテストの結果、水洗だけでほぼ全量の塩化物イオンを抽出できる飛灰もあるが、飛灰によっては塩化物の一部が不溶性のフリーデル氏塩（3CaO･Al2O3･CaCl2･10H2O）を形成しており、水洗だけでの脱塩率は低い値を示した。フリーデル氏塩は酸性溶液中で分解されることは既知であり、飛灰の懸濁液へ二酸化炭素を吹き込みながら洗浄することで、高い脱塩率が得られることを実験的に確認した。二酸化炭素源としてキルン排ガスが使えることも確かめた。しかも、キルン排ガスの吹き

図 9.5

灰水洗設備 10）

込みによってフリーデル氏塩が分解されるだけでな
く、溶出したカルシウムイオンが炭酸イオンと結合し水洗脱塩処理によって発生するろ液の処理は、キルて炭酸カルシウムを生成することも分かった。かくしン排ガスによる中和法のほか、さらに安全を図るため

図 9.4

100

国立科学博物館技術の系統化調査報告

灰水洗システムのフロー図 9）

Vol.23 2016. March

に液体キレートによる処理、砂ろ過槽による高度ろけて開始された。この実証試験の成果を基にして、世過、水銀キレート樹脂による処理などの装置が設置さ界初のエコセメント施設として千葉県市原市に「市原れている。この結果、処理した排水の分析結果は、いエコセメント」の実操業プラントが 2001 年に稼動しずれの数値も規制値をクリアしていることを確認し、た。千葉県の人口の約 1/4 に当る 150 万人分の焼却灰「灰水洗システム」技術として実用化された。水洗後を主原料にして、年間約 11 万トンのエコセメントをのろ布上の固形分と、ろ液から pH 調整で沈降・分生産できる。続いて、2006 年には、東京都西多摩郡

離・ろ過された固形分は、セメント原料として使用さ日の出町で、東京都三多摩地区 25 市 1 町の焼却場のれ、処理後の排水は下水道に流される。

灰を処理する「東京たまエコセメント化施設」が稼動を開始した。多摩地域（人口約 390 万人）から発生す（2）エコセメント

2）

るごみの焼却残渣（年間約 9 万トン）を主原料として「灰水洗」と同じく、都市ごみや下水汚泥の焼却灰

年間約 11 万トンのエコセメントを生産できる。東京をセメント原料としてリサイクルすることを目標に開たまエコセメント化施設の写真を図 9.6 に、フロー発されたのが「エコセメント」である。

チャートを図 9.7 に示す。

都市ごみ焼却灰をセメント原料として利用する際、都市ごみ焼却場から排出された「焼却灰（主灰）」

灰の中に含まれている塩化物が、製品であるセメントと「焼却飛灰（ばいじん）」は、エコセメント工場での品質の障害となることについては、すでに述べてき受け入れた後、天然原料である石灰石等とともに竪型

た。エコセメントの研究開発の第一段階では、塩化物

ミルで混合・乾燥・粉砕されて粉末状の原料となり、を 水 硬 性 鉱 物「 カ ル シ ウ ム ク ロ ロ ア ル ミ ネ ー ト「原料成分均斉化タンク」ヘ圧送される。ここで均斉（11CaO･7Al2O3･CaCl2）」の構成元素として利用する化された原料は、ロータリーキルンヘ送られ、1350℃「速硬エコセメント」が開発された。しかし、速硬型以上で焼成されセメントの半製品であるクリンカーにだけでは製品（セメント）の用途が限られるので、よなる。クリンカーはセッコウとともに混合粉砕されてり汎用性のあるセメントを目指して開発が続けられ

エコセメントになる。一方、焼成工程の排ガスは、冷た。その結果、塩化物を製造工程で重金属類とともに却塔で冷却された後、サイクロン、バッグフィルター

分離・回収し、塩化物の含有量を普通ポルトランドセ
メントに近いレベルにまで低減した「普通エコセメント」が開発された。
エコセメント製造の実証試験は、1994 年通商産業省（現・経済産業省）の事業である「生活産業廃棄物
等高度処理・有効利用技術研究開発」のプロジェクトの一つとして採択され、「都市型総合廃棄物利用エコ
セメント生産技術」の研究開発として、国庫補助を受

図 9.7

図 9.6

東京たまエコセメント化施設 11）

エコセメント製造工程 9）

セメント製造技術の系統化調査

101

でダストを回収し、さらに脱硝塔で窒素酸化物を除去

は、 米 国 な ど で 実 績 を 有 す る ベ ド ミ ン ス タ ー 社

して大気放出される。バッグフィルターで回収された（Bedminster AB、スウェーデン）保有の「ロータリー

ダストには、重金属含有塩化物が含まれているので、キルンを用いた好気性発酵処理技術」に着目した。同

重金属回収工程（後述、9.2.6）に送り、鉛、亜鉛およ社 の ロ ー タ リ ー キ ル ン 型「 エ ワ ソ ン 発 酵 装 置 」

び銅を含む「人工鉱石」として再資源化される。

（Eweson Digester）は、事前の調査から、もし都市

エコセメント製造工程が、普通セメントのそれと大きく異なるところは次の 3 点である。
①原料はプレヒーターを通さず、直接キルンヘ送入

ごみのセメント原料化プロセスとして使えれば、大きなメリットがあると判断されたが、技術導入するには、以下の項目を確認する必要があった。

することにより、ダイオキシン類を即時に分解す（1）当該技術は日本のごみを同様に処理できるか。

る。

（2）日本での事業においては、下水汚泥を使用せず、
都市ごみのみを処理する可能性もある。当該技②冷却塔により、ダイオキシン類の再合成を防止す

術は都市ごみ単独処理でも同様の効果を発揮す

る。

るか。

③塩化揮発法による重金属類の回収および塩化物除去を行い、最終的には重金属塩化物から重金属をそこで、当該技術の有効性確認を目的として、ベドミンスター社保有の設備（所在地：スウェーデン）を抽出、再資源化する。
以上の工程で製造されるエコセメントは、2002 年

用いて、1999 年 12 月に技術確認試験を行った。試験に JIS 規格が制定された。普通ポルトランドセメントには、実験施設所在地の収集ごみを主として用いたに近い性質を持つ「普通エコセメント」と、速硬性をが、ごみの中身を、最初の実機プラントを想定してい示す「速硬エコセメント」の 2 種類に分類される。

た埼玉県日高市の可燃性一般廃棄物と同様の組成に調「普通エコセメント」の品質規格は、普通ポルトラ

製したうえで実験に供した。実験装置所在地のごみはンドセメントとほとんど同じであり、違いは三酸化硫

ビニール袋に入れられた状態であったが、発酵装置へ

黄（SO3）量と塩化物イオン量の上限のみである。塩そのまま投入しても、3 日間の発酵処理後に排出され化物イオン量の上限（普通ポルトは 0.035% 以下、普た段階では内容物は全て袋から出ていたので、十分な

通エコは 0.1％以下）についても、欧州においては「普破袋効果があると判断した。また、段ボールや紙おむ

通セメント」中の塩化物イオン量の基準が 0.1% 以下

つもそのまま投入したが、発酵装置の排出時にはばら（EN197-1：2000）であることを勘案すれば、コンク

ばらに細分化されて、ハンドリング性に優れた状態にリート中の塩化物イオン含有量について多少注意を要なっていたことから、細片化効果も十分であることをするものの、一般的な用途では「普通エコセメントは

確 認 し た。 発 酵 処 理 物 中 の 大 腸 菌 群 数 は 2.5×

普通ポルトランドセメントとほぼ同等の品質である」

102MPN/g（ 乾 重 量 ） 以 下 と、 米 国 環 境 保 護 局という感覚で使用することが可能である。

（USEPA）で規定しているコンポスト処理物の病原性

一方、速硬エコセメントは早強ポルトランドセメンの安全基準 1.0×103MPN/g（乾重量）を十分に満足

トよりさらに早く固まるセメントで、早期に強度が発していた。このことは、発酵装置投入後の温度上昇（1現する特徴を持ち、無筋コンクリート分野で使用が可

日後に 45～50℃）で、都市ごみ中の病原菌が殺菌可能であるが、2015 年時点では生産されていない。

能であることを示唆した。このような試験の結果、エワソン発酵装置を応用することにより、都市ごみのセ（3）AK システム

2）

メント資源化プロセスの確立が可能であることを確認

灰水洗システムおよびエコセメントは、都市ごみをし、2000 年 7 月にエワソン発酵装置および運転ノウ

焼却場で焼却処分したときの「焼却残渣をセメント資ハウに関する技術導入契約をベドミンスター社と締結源化する技術」である。一方、近年では、ダイオキシした。

ンの問題等もあって、焼却炉の建設そのものが難しく

この発酵処理技術を基に、以下の①②③を設計の基なってきている。そこで、都市ごみをそのままセメン

本思想にした「AK システム」の技術を、太平洋セメ

ト工場に受け入れてセメント資源化するために、太平

ント独自の技術として確立した。

洋 セ メ ン ト が「AK シ ス テ ム（Applied Kiln
System）」を開発、2002 年から商業運転を開始した。
その開発過程を以下に略記する。
このシステムの中核となる都市ごみ生分解工程に102

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March①家庭から排出されたごみや事業系一般ごみをそのままセメント工場で受け入れ、②セメント焼成キルンを改造した「資源化キルン」
で好気性発酵を行った後、

③セメント原料としてリサイクル活用する。

セメント焼成キルンは 1450℃の高温で連続運転して2001 年 3 月より 1 年間にわたり AK システムによいるため、都市ごみ燃焼によるダイオキシン類などのる都市ごみセメント資源化処理の実証試験を、太平洋発生はない。

セメント埼玉工場（日高市）で行った後、2002 年 11

このように、AK システムは、ごみ焼却炉と最終処

月から同工場で営業運転を開始した。図 9.8 に太平洋分場が不要になり、焼却によるダイオキシン類の発生

セメント埼玉工場の AK システムの全体写真を示す。

も無くなったことから、循環型社会にマッチした新し日高市は、老朽化していたごみ焼却炉の建替えを取い処理技術として多方面から注目を集めている。

止め、可燃性の一般ごみを全て太平洋セメント埼玉工場に処理を委ねることにした。一方、セメント工場側
は、需要減少で遊休化していたキルンを「資源化キルン」に転換することで再活用ができた。

9.2.6

重金属含有塩化物の回収技術 2）

セメント工場では、1990 年代までは、塩化物や重金属の含有量が少ない廃棄物を中心に受け入れてきた。しかし、セメント産業の環境事業の拡大にともなって、焼却飛灰のように塩化物や重金属を含有している廃棄物の受け入れの要請が強くなってきている。
そのため「灰水洗システム」や「エコセメント」のような塩化物に着目した処理技術と同時に、塩化物を構成している重金属に着目した技術開発にも取り組んできている。ここでは、エコセメント工場で発生する
重金属含有塩化物の処理技術を紹介する。
エコセメントの製造工程において、原料である都市
ごみ焼却灰に含まれている重金属は、焼成工程の回転窯の中で塩化揮発して、バッグフィルターで捕集される。この捕集された重金属含有塩化物から、鉛、亜鉛、銅を抽出して非鉄製錬原料として再資源化すると同時に、カルシウム等も回収してセメント原料として再利用する処理システムが開発された。この処理システム「HMX（Heavy Metal Extraction）システム」は、大きく次の 5 つの工程で構成されている。
①脱アルカリ工程：バッグフィルターで回収した重図 9.8

AK システム：太平洋セメント埼玉工場 9）

２本の回転窯のうち、左側が「ごみ資源化キルン」、右側が「セメント焼成キルン」

図 9.9 に AK システムによるセメント製造工程図を

金属含有塩化物に水を添加して混合することにより、約 80% 含まれている可溶性の塩化物（NaCl,KCl）を溶出させる。固形分の量が約 1/5 に減容化されるので、以降の工程の装置をコンパクトにすることができる。

示す。AK システムでは、直接セメント工場に持ち込②銅イオン・亜鉛イオンの溶出工程：脱アルカリ工

まれた都市ごみは、まず「発酵工程」で「資源化キル

程で固液分離した残渣に硫酸を添加し、銅イオンン」に送られる。資源化キルン内で、ごみ袋は破られ、と亜鉛イオンを溶出させる。

臭気がなく、篩分け・磁選・粉砕等が容易に行えるハ③鉛イオンの溶出工程：②の工程で固液分離した残ンドリング性の良好な「資源化物」になる。続く「破渣へ水酸化ナトリウム水溶液を添加し、鉛イオン

砕・分別工程」では、資源化物中の鉄類を磁選機によを溶出させる。残渣は水酸化カルシウムなので、り除去した後、ハンドリングし易い 30～40mm 程度

セメント原料に戻す。

の大きさまで破砕する。続く「焼成工程」では、資源④鉛・銅・亜鉛化合物の析出工程：②と③の工程で化物中のプラスチックなどの可燃分は、セメント焼成

固液分離したろ液を混合して pH 調整することにのための燃料代替として有効利用される。一方、燃焼

よって鉛・銅・亜鉛化合物を析出させて回収す

残渣はそのまま原料の一部として回転窯内で焼成さる.

れ、クリンカー中に取り込まれる（代替原料）。また、⑤排水水処理工程：④の工程の廃液は、排水基準を

セメント製造技術の系統化調査

103

脱臭

破砕・篩・選別

予熱装置
集塵機

図 9.9

受入室（密閉）脱臭機（休転時）

AK システムによるセメント製造工程図 9）

満足するように処理する。

フロンは 900℃以上で分解するため、焼成帯の温度②の工程の残渣物中にはカルシウム成分が含まれてが 1500℃程度となるセメントキルンに投入することいるので、添加された硫酸水溶液と反応して硫酸カルによって、式（l）に示したような分解反応を起こし、シウムが生成する。その結果、②の工程で固液分離し塩化水素とフツ化水素を発生する。

て得られる残渣物の主成分は硫酸カルシウムであり、CCl2F（CFC-12）＋2H2O →
2

その中に硫酸鉛が少量含まれている。③の工程で添加

2HCl＋2HF＋CO2………………………… （l）

される水酸化ナトリウム水溶液は、鉛イオンを溶出さ発生した塩化水素およびフツ化水素の酸性ガスは、せるだけでなく、硫酸カルシウムを水酸化カルシウム

セメントキルン内を通過する間に、セメント原料や原ヘ転化させる効果もある。同じカルシウム成分でも、料ダストのアルカリに吸着され、式（3）、式（4）の

硫酸カルシウムより水酸化カルシウムのほうが、セメような反応によって、塩化カルシウムやフツ化カルシ

ント原料として好ましい。この方法によって残渣物のウムを生成し、最終的にはセメント中に取り込まれセメント原料への再資源化を可能にしていることがる。

HMX システムの大きな特長である。ミニプラントをCaCO3（石灰石）→ CaO＋CO2…………………（2）

設置してスケールアップの技術を蓄積後、2006 年にCaO＋2HCl → CaCl2 十 H2O… …………………（3）稼働した東京たまエコセメント化施設に採用された。

CaO＋2HF → CaF2＋2H2O………………………（4）
この処理方法は，破壊効率が 99.99％以上と非常に

9.2.7

フロンの破壊処理：世界最初のセメントキル

高く、そのうえ、上述したようにフロンの分解によりン利用破壊技術

発生する有害ガス（塩化水素，フツ化水素）はセメン

2）

フロンは、オゾン層を破壊する物質として、1990
年代から日本を含む世界各国で厳しい法的規制が行わ要であるという特長を持っている。

れるようになった。そのようななか、安全で確実なフ

この技術は太平洋セメント秩父第 2 工場で実操業しロン破壊処理技術の確立が重要な課題になっていたのていたが、セメント需要減少による同工場のセメント

で、セメントキルン法によるフロンの処理技術の確立

生産中止（2010 年 9 月）で、フロン処理も中止せざに向けて、秩父小野田（現・太平洋セメント）は、るを得なくなった。

1994 年度から東京都と共同研究に着手し、世界で初めてセメント焼成炉によるフロン破壊に成功した。セメントキルン法は「オゾン層の保護に関するモントリ
オール議定書締結国会議」で承認された技術の一つである。その処理の概略は以下のとおりである。

104

トクリンカー中に取り込まれるため、排ガス処理も不国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

東日本大震災の災害廃棄物処理に活躍

9.3 したセメント工場

12）2011 年 3 月に発生した東日本大震災では、巨大地震に加え、津波の発生により、これまでの災害をはるかに超えた巨大被害が、太平洋沿岸を中心に広範囲にテリアル岩手工場（一関市）、八戸セメント（青森県

発生した。震災の後には、混じりあってしまった多種八戸市）が、広域処理として種々の廃棄物処理を行っ

多様の地震・津波の災害廃棄物・堆積物が、13 道県た。また太平洋セメント熊谷工場、同・埼玉工場、三239 市町村（福島県の避難区域を除く）において、災菱マテリアル横瀬工場（埼玉県秩父市）、同・青森工害廃棄物は 20,188 千 t、津波堆積物は 6 県 36 市町村

場（八戸市）は広域処理として木屑の処理を行うなど、において 11,016 千 t も発生した。津波の影響で廃棄

東北・関東地区のセメント工場が災害廃棄物の処理に

物には塩分が混入し、その後の復興処理に大きな阻害貢献した。

要因となった。

2013 年夏、天皇・皇后両陛下が東北被災地の復興

岩手県では災害廃棄物処理計画の作成に当り、「県状況を視察された際、太平洋セメント大船渡工場にも内外のセメント工場で災害廃棄物をセメント原料としお立ち寄りがあり、災害廃棄物処理の運転状況を見学て処理すること」を計画の中核に位置づけた。その理された。この行幸啓は、国・県、そして地元自治体が、由として県は、以下の 3 点を挙げた：

セメント工場の災害廃棄物処理に対する貢献を非常に①既 存の設備で一度に大量の災害廃棄物を処理でき、迅速な対応が可能である。
②災害廃棄物焼却灰の埋立処分量の削減が可能にな

高く評価してくれているがゆえに実行されたビッグイ
ベントとして、セメント業界全体が「業界の名誉」と受け止めている。

る。
③廃棄物処理で製造されたセメントを復興資材として供給できる。
岩手県大船渡市にある太平洋セメント大船渡工場
は、工場自体が津波で大きく破壊され、操業不能になってしまったが、工場復旧と災害廃棄物処理事業の立上げを同時に取組み、セメント生産ライン復旧に併せて、災害廃棄物のセメント資源化を可能とする「災害廃棄物除塩システム」を開発し、実機設備（図 9.10）を建設稼働させ、県との契約期限である 2014 年 3 月
末までに、約 95 万 t を超える災害廃棄物の受入れ処理を完了した。
この除塩システムで水洗処理した除塩後の災害廃棄
物は、土・砂・可燃系・不燃系と 4 種類に分別された。このうち、土や砂は、岩手県の復興資材活用マ
ニュアルに適合するよう改質を行い、県の災害復興事
業に利用する「災害廃棄物の土工資材化」という新たな処理事業を開始し、セメント資源化との 2 本柱の取組みにより処理量を増大することができた。

注 1： 廃棄物・副産物
セメント工場が「代価を支払って購入する代替原燃料」
を「副産物」、「処理費をいただいて受け入れる代替原燃料」を「廃棄物」と呼称している。副産物の例としては、
高炉スラグ、副産石膏などがある。

参考文献
1） 下田

孝，21 世紀のセメント・コンクリート研

究開発とセメント産業の役割，セメント・コンク
リート，No.635，2000.
2） 三浦啓一，環境分野の研究開発，太平洋セメント
研究報告，No.150，2006.
3） セメント協会，セメントの常識，2013.
4） セメント協会，セメントハンドブック，2014 年
版，セメント協会，2014.
5） 津田昭一，菊地元一，島崎忠俊，辻敏夫，植田俊朗，蒲谷正道，特公平 1-32175「セメントクリン
カの製造方法」．
6） 伊藤光弘，セメント製造技術の研究開発，太平洋セメント研究報告，No.150，2006.
7） 上野直樹，原田宏，須藤勘三郎，塩素バイパスシステムによるセメントキルンの安定運転と廃棄物の有効活用，セメント・コンクリート，No.634,
Dec. 1999.
8） トクヤマ（株）ホームページ，2015 年 10 月．
9） 太平洋セメント（株）提供
10）太平洋セメント（株）ホームページ，2015 年 9
図 9.10 災害廃棄物除塩システム
太平洋セメント大船渡工場（筆者撮影）

その他、東北地方にあるセメント工場では、三菱マ

月．
11）東京たま広域資源循環組合 提供
12）近藤秀貴，セメント業界の果たす役割，コンク
リート工学，Vol.53, No.1, p.97-101，2015.

セメント製造技術の系統化調査

105

10 まとめ：セメント製造技術の系統化
以上、第 9 章まで述べてきたセメント製造技術発展の大きな流れを、別図として「日本におけるセメントよりも、排ガス熱を直接原料の予熱に利用する方策が追求されるようになった。

製造技術系統図」にまとめた。図の単純化を図るため

1930 年には初めてドイツで、「排ガス熱を原料に直に、対象を我が国のセメント製造技術に絞って描いて

接伝導伝熱させる」予熱機付キルン「レポールキルン」

いる。19 世紀初頭の英国でのポルトランドセメントが発明され、わが国でも 1960 年代まで広く採用されの発明から 20 世紀中期までの欧米のセメント製造技た。

術の発明や開発は、それをお手本とした日本での技術

1950 年代になるとドイツで、更に熱回収が良く、の進展を見ることで、系統的な理解が十分可能である

大型化や長期運転に適した「サスペンションプレヒーと判断している。20 世紀後半には、技術的には日本

ターキルン（SP キルン）」が開発され、その後今日まは欧米と肩を並べ、1980 年代以降は世界をリードすで、この SP キルンと、その熱効率や長期運転・大型る立場になっている。この流れを理解する一助とする化への適性を一層向上させた日本発の技術「NSP キ

目的で、本稿の末尾には別表として「セメント製造技

ルン」が、世界のセメント焼成装置を席巻することと術史年表」を添付した。

なった。

ポルトランドセメントが発明されて以来、今日まで

一方で、回転窯が導入されて間もない 1907 年、回のセメント製造技術の発展は、「省エネルギーの追求」

転窯の熱効率を改善する目的で、石灰石を熱効率の良と「良質で安定した品質の確保」が、時代を超えて常い竪窯であらかじめ脱炭酸させる「生灰焼成法」を浅に最大の技術開発の目的であり推進力であった。従っ野セメントが特許取得し、同社の回転窯に採用した。

て、技術の系統化も主としてこの二つの視点から俯瞰

し か し、 石 灰 窯 の 大 型 化 が 難 し い な ど の 理 由 か らしている。

1940 年代で廃止された。その後 1950 年代中頃に至っ

き ばいて、小野田セメントが大型石灰窯を開発するなどして焼成工程：技術開発目標は省エネル
ギー・高品質クリンカー製造「改良焼成法」として生灰焼成法を復活、同サイズのポルトランドセメント発明当初はバッチ式の「竪功した。日本に SP キルンが導入されてその優秀性と窯」であった。我が国最初の「深川セメント製造所」

同時に、大型化の限界が見えてくると、日本のセメン

でも、竪窯時代は、品質は安定せず、窯から出た焼塊

ト会社は、改良焼成法の特長を SP キルンに組込むア（クリンカー）から良品部分を選別するような状況でイデアを思いつき、各社競争で「仮焼炉付 SP キルン」あった。19 世紀末に「回転窯」が開発されてクリン＝New Suspension Preheater（NSP） の 開 発 に 取 り

カーの連続焼成が可能になり、窯内の原料の転動で焼組んだ。1970 年代初めまでにはいくつかの方式が実成反応も改善され、良質のセメントを大量生産できる操業に入った。この NSP は、省エネルギー、長期連ようになった。しかし、回転窯は熱効率が悪いという

続運転、NOx 低減、代替原燃料使用など、多くの点大欠点がある。熱損失の主原因は「排ガスの持去りで優れた特長を有し、日本が世界に誇る独自開発のセ

熱」と「クリンカーの持去り熱」であり、回転窯の熱メント製造技術となっている。

10.1

乾式ボイラー付キルンで生産量を 4 倍にすることに成効率を改善する技術開発はこの 2 点に注がれてきた。
（2）クリンカー持去り熱（クーラー排熱損失）（1）排ガスの持去り熱（キルン排ガス熱損失）

106

回転窯開発当初は、キルンから焼き出されるクリン

20 世紀初頭に排熱回収用のボイラーを付けて「余カーからの熱回収は、全くなされなかった。1910 年

熱発電」する技術が開発されて普及した。我が国では代になると「回転円筒式クーラー」が発明されて、キこの「余熱発電」の導入で、セメント工場の動力源がルン吹込み燃料の 2 次空気として熱回収できるように蒸気機関から電力へと進歩し、諸機械の効率向上にもなった。1920 年代にデンマークで「多筒式クーラー」

つながった。

が発明されて熱回収が一層向上し、国内でも 1940 年

しかし、電力の外部からの購入が容易になり、ある代までの回転窯に多数採用された。ほぼ同時期に欧米

いは効率の良い自家発電設備が開発されてくると、ボの装置メーカー数社が「エアクエンチングクーラー

イラーや発電機の保守に手間がかかるキルン排熱発電（AQC）」を開発し、わが国でも戦前から導入が始まっ

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. Marchたが、本格的に普及しはじめたのは第 2 次大戦後の1930 年代にドイツで「竪型（ローラー）ミル」を1950 年代からである。AQC は、多筒式に比べて、熱原料粉砕に応用する技術が開発された。チューブミル

回収効率では若干劣るものの、装置のメンテナンス性に比較してエネルギー消費が少ない長所があるため、とセメント品質の良さで普及した。なかでも「フラー粉砕面のローラーやテーブルの材質の発達に伴って、型」は大型化に適しており、1970 年代以降に据え付

1960 年代頃から本格的な普及が始まった。竪型ミル

けられたクーラーは全てこの形式になっている。NSP

はキルン排ガスで原料乾燥も同時におこなえ、また大キルンになって、2 次空気で余ったクーラー排熱は、型化も進んだので、SP キルンとの組合せで、原料工

仮焼炉の燃焼空気や石炭乾燥に利用するなどの技術が程から焼成工程までエネルギー効率の良い一貫工程が開発され、クーラー排熱の徹底的な利用が進んだ。

組立てられるようになった。

10.2

原料粉砕：技術開発目標は省エネル
ギー・易焼成原料製造

10.3

仕上工程：技術開発目標は省エネル
ギー・高品質セメント製造

ポルトランドセメント発明から日本でセメント製造

竪窯の時代には粉末にしたセメントは「風化」処理が始まった 19 世紀後半までは、粉砕機も未発達で、によって、セメント使用時の「急結性」と、「遊離石

石灰石のような硬い原料を微粉砕するのは難しく、石灰に起因するコンクリートの膨張」を抑えるようにし

灰石を仮焼して生石灰にした上で加水して消石灰の粉ていた。1888 年に導入された「石膏添加」によってにする、といった手間をかけていた（湿式法）。

急結性の問題は解決され、回転窯の導入によって遊離1891 年、ドイツで「チューブミル」が発明され、粉砕能力も粉砕効率も向上した。日本にも導入されて、19 世紀末には竪窯原料粉砕は「乾式法」へと切り替わっていった。

石灰も減少、竪窯の消滅とともに風化処理も廃止された。
19 世紀末、仕上工程にも「チューブミル」が導入され、粉砕効率が向上した。また、1950 年代以降「閉チューブミルでの乾式原料粉砕は、1940 年代まで回路粉砕」が導入され、粉砕効率（エネルギー効率）

は粉末度や原料均斉度の適正化が容易ではなかった。

が向上すると同時に、セメントの粒度分布の改善で品需要家側のコンクリート技術の発達に呼応して 1930

質も向上した。1973 年には「粉砕助剤の添加」が JIS

年代には「早強セメント」や「中庸熱セメント」などで認められ、粉砕効率が一層改善された。

「高級セメント」が製造されるようになると、微細なSP・NSP 化による焼成工程の大型化に伴って、仕調合原料を均斉度良く調製できる「湿式粉砕」が採用

上工程も設備の大型化が進んだ。その流れの中で、されるようになった。しかし、湿式粉砕した原料は、「渦流型セパレーター」、「クリンカー（仕上）粉砕用

焼成工程で水分を蒸発させる熱量が乾式より余分にか竪型ミル」、「仕上ミル用予備粉砕機」など、日本発のかる。この水分をフィルターでろ過する「湿式ボイ新技術・新装置が開発されて、NSP と共に世界に技ラー付キルン」や、キルンを長大にして排熱で乾燥さ術輸出されている。

せる「湿式ロングキルン」などの技術が欧米で開発され、わが国にも、前者は 1932 年以降、後者は 1954 年以降、導入された。

10.4

出荷工程：技術開発目標は流通コス
トの低減

1950 年代になって、原料の乾式粉砕工程では、セ

明治時代のセメントは「樽詰め」で出荷された。大パレーターの改良によって粉末度調整が改善され、さ正時代には「麻袋」、そして昭和（1926 年以降）時代

らに 1960 年代にドイツで開発された「ブレンディンになって「紙袋」が使われるようになった。1950 年

グサイロ」が導入されて原料均斉度も向上してきた。

代になると、コンクリートを建設現場で練るのではな

1970 年代になると「オンライン蛍光Ｘ線装置」を組

く、生コンクリート工場で計量・混合してミキサー車

み込んで原料調合を「コンピューター制御」する技術

で工事現場に運んで施工する形態が広がり、それに対が開発され、乾式原料工程は、原料調合の精度、粉末

応してセメントの出荷も工場から消費地の中継サイロ

度、均斉度いずれの面でも、湿式粉砕を凌駕するように運ぶ「バラ出荷」が支配的になってきた。セメントになり、焼成熱量の面で不利な湿式法の必要性がなく出荷の「バラ化」は、結果的にセメントの物流に「流なった。時あたかも焼成工程で乾式の SP キルンが勃通革命」とも言える大変革をもたらし、SP・NSP 化興する時で、湿式法はセメント工場から消えていっに伴う工場の大型化と組み合されて、セメント工場がた。

「臨海大規模工場へ集約化」される要因となった。

セメント製造技術の系統化調査

107

10.5

産物をリサイクル原燃料として大量に使用するように

JIS 規格とセメントの品種多様化

まったこの産業廃棄物の利用は、1990 年代以降、産わが国最初の工業規格として、1905（明治 38）年

業廃棄物から都市ごみ等一般廃棄物のリサイクルにま「日本ポルトランドセメント試験法」が制定され、そで拡大し、21 世紀のセメント産業を、「建設基礎資材の後、技術の発展と需要家からの要請を反映した改訂

供給の基幹産業」から、「資源循環型社会を支える中が続けられてきている。1970 年代には、セメント化

核産業」へと進化させた。この過程で、「塩素バイパ

学の進歩を反映してセメントの「品種の多様化」とそス」、「エコセメント」、「灰水洗」、「AK システム」なの規格化が進んだ。1990 年代には、コンクリートのど、日本発の特長ある技術開発が続いている。いまや耐久性を担保する目的で、セメント中のアルカリ量やセメント会社の技術開発は「より多くの廃棄物をセメ

塩化物イオン量に JIS の規制値が設定された。一方でント原燃料として再資源化する」目的が中心となって1990 年代になると、コンクリート混和剤が発達、コきている。

ンクリートのパフォーマンスを決める主役は混和剤に2011 年 3 月の東日本大震災の後では、太平洋セメ

なり、セメント自体の新たな多様化の試みはほとんど

ント・大船渡工場をはじめ東北・関東地区のセメント見られなくなってきた。

工場が、災害廃棄物処理で多大な貢献をした。

10.6

21 世紀、資源循環型社会を支える
中核産業へ進化1970 年代頃からセメント産業は、産業廃棄物・副108なってきた。当初は原燃料コスト削減の手段として始国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March11 結び20 世紀を目前にした 1899 年、発明王トーマス・エ
ジソンは「20 世紀はコンクリートの世紀だ」と喝破

術」は、地球環境問題に関する意識の高まりとともに、
いまや国際的な注目を集めつつある。

して、日産 1600t という当時としては破格の規模のセセメント会社が資源循環型社会構築に貢献できるた

メント工場建設に着手した。そして、まさにエジソン

めには、「セメントが売れる」ことが基本である。セの予言どおり、コンクリートの基幹材料を担うセメンメント事業があってはじめて廃棄物再資源化事業が成ト産業は、20 世紀を通じて、住宅・高層ビル・道路・

り立つのである。従って、セメント産業人は、資源循

鉄道・港湾・河川・上下水道等、社会基盤整備に不可

環型社会構築の中核産業を担うという矜持を持ちつ欠な基礎資材を供給する基幹産業として、世の中に大つ、セメントを大切な商品として育てる伝統的な任務きく貢献してきた。特に 20 世紀の後半には、セメンを決して忘れてはならないと思う。一方、社会一般に

ト製造技術の飛躍的な進歩発展があり、安価良質なセ

対しては、セメントという材料が、コンクリートを作

メントを大量に生産・供給できる体制が整い、またコ

る素材というだけでなく、持続型社会・資源循環型社

ンクリートの高性能化・多機能化の要求に応えてセメ会を築く基礎材料でもあることを、ぜひしっかりと認

ント品種の多様化も進んだ。このような高品質のセメ識していただきたいと願っている。セメント産業界にントの大量・安価・安定供給が、まさに 20 世紀の「コ半世紀の長きにわたってお世話になった OB の一人とンクリート文明」を支えてきたといえる。

して、このことを最後に申し添えて、締めくくりとし

本稿第 8 章までは、そのセメント産業の技術史を述たい。

べた。日本のセメント産業は、明治初期の官営セメント工場を振り出しに、欧米から設備を購入し技術を学謝辞んで発展したが、1970 年代には NSP をはじめとする

本稿の執筆にあたっては、（一般社団法人）セメン

日本発の画期的な新技術を生み出すようになり、20ト協会研究所と太平洋セメント（株）に、全面的な協世紀末までには、品質・省エネルギーいずれの面で力をいただきました。関係していただいた方々の氏名

も、世界のトップレベルの位置を占めるに至った。わを以下に記して謝意を表します。

が国の最高水準のセメント製造技術は、いまや全世界に向けて技術導出されつつあり、さらには 1990 年代から本格化した日本のセメント会社の海外進出（主とセメント協会研究所
近藤秀貴氏、永田利貴氏
太平洋セメント株式会社

してアジア・太平洋圏）の競争力の源泉にもなってい小川賢治氏、三浦啓一氏、岡村隆吉氏、る。

石井守氏、香月毅氏、山西佳代美氏、

一方で、日本国内のセメント需要は 1990 年代には

高橋恵子氏、𠮷野理恵氏

完全に成熟し、残念ながら内需の量的拡大は期待でき永田利貴氏には、セメント業界及びセメント協会にない状況に立ち至った。この厳しい経営環境の中か関わる資料収集や原稿内容の確認に助力をいただきまら、日本のセメント産業は、セメント製造技術を基盤した。三浦啓一氏・岡村隆吉氏は、太平洋セメントのにした新しい事業分野として、廃棄物を再資源化する協力体制を作って下さり、岡村氏には原稿の内容に関「資源循環型社会構築貢献事業」を展開することによしても貴重な気付きをいただきました。山西佳代美氏

り、21 世紀に向けて新たな成長を目指しはじめた。

には、同社図書室での資料探索と原稿の校正に多大な1970 年代から始まった我が国セメント産業の廃棄協力をいただき、𠮷野理恵氏には、技術系統図をはじ

物利用は、やがて明治期の産業草創期以来蓄積されてめ多数の図表の作成・調整をお願いしました。各位にきた製造設備や技術、さらにはセメント化学の知識を深く感謝申し上げます。

積極的に活用し、そこに新たな技術開発を付け加える

また、本稿の文章作成に引用させていただいた数多ことによって、処理できる廃棄物の種類・質・量を拡くの論文の著者各位にも感謝の意を表します。なかで大する野心的な新規事業開拓へと進化していった。本も第 3 章「明治・大正期の日本のセメント製造技術」

稿第 9 章では、最近 20 年ほどにおけるこの「セメンについては、台信富寿博士の論文を幅広く引用させてト産業の事業革新」について述べた。日本が先駆けといただきました。特記して謝意を表します。

なったこのセメント産業における「廃棄物再資源化技

セメント製造技術の系統化調査

109

110

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

再資源化

副産物

廃棄物

多様化

規格・品種

工程

仕上・出荷

焼成工程

原料工程

セ

メ

ン

ト

工

場

設

ラ

ン

ド

セ

メ

ン

ト

明

立

営

ト

発

官

ル

ポ

西暦(年) 1820…
元号(年)
明治

・樽

・風化

乾式

乾
式

昭和

・高炉スラグ（高炉セメント）（廃止）

1971 NSPキルン

・副産石膏

（廃止）

（廃止）

（廃止）

廃棄物処理

2011 東日本震災

・焼却灰, 都市ごみ, 下水汚泥, 他産業廃棄物

・タイヤ, 廃プラ, 廃油・石炭灰1992 アルカリ規制・塩素規制

2002 AKシステム

廃棄物
再資源化技術・ロボット分析システム

2001 エコセメント

1998 灰水洗

1990 塩素バイパス

1988 竪型ミル

・石炭・多様化の進展大型化

1973 粉砕助剤

バラ流通システム確立

・閉回路粉砕・重油・フラー型

1954 ロングキルン

・低熱廃熱発電

NSP優位確立・コンピューター制御

1959 （再生）改良焼成法

白色, 早強, 中庸熱, 混合セメント

・品種多様化1936 バラ出荷

大型化

1963 SPキルン 大型化

（廃止）

・竪型ミル

平成

乾式優位確立・原料調合のコンピューター制御

・on-line 蛍光X線分析

・ブレンディングサイロ（廃止）1934 （半湿式）レポールキルン

1932 （湿式）ボイラー付キルン

1927 多筒式

湿式

1925 紙袋

・電力, 電動機

1905 工業規格制定

1898 麻袋

湿式粉砕1919 （乾式）ボイラー付キルン

・回転円筒式1907 生灰焼成法

1903 回転窯

1888 石膏添加 1899 チューブミル

・蒸気機関

動力源

・石炭

燃料

クーラー

・竪窯

キルン

乾式

湿式

大正
（回転窯）

1899 チューブミル ・セパレーター ・閉回路粉砕

（竪窯）

（竪窯）

日本におけるセメント製造技術系統図

業

産

核

中

る

え

支

を

会

社

型

環

循

源

資

セメント製造技術の系統化調査

111

セメント製造技術史調査資料 所在確認

番号

製作者

太平洋セメント
株式会社

模型
写真

三菱重工業
株式会社
神戸造船所

宇部興産
株式会社

宇部興産
株式会社

わが国初のばら積
セメントタンカー清忠丸

世界最大のSPキルン
伊佐1号キルン

わが国初のフライアッシュ
セメント(ポゾランセメント)

文献

写真

設備

設備

構造物

資料種類

大阪砲兵廠

1875～
不明
1882頃

製作年

蒸気機関

フレットミル粉砕機ローラー

旧小野田セメント製造
株式会社竪窯名称（科学博物館 産業技術史資料データベースより引用）

公開

公開

公開

公開

公開

公開

資料現状

伊佐 号キルンは、直径、長さのサスペンション・プレヒータ付
キルン（ キルン）として
年 月 日に火入れ式が行われた。年産万トンは単一のキルンとしては当時世界最大の能力をもつものであり、SPキルンとしては現在も世界最大の規模である。
本文5.1参照。
石炭火力発電設備より排出されるフライアッシュを活用し、昭和 年 月にわが国で初めてのフライアッシュをセメントに混合したポゾランセメ
ントを発売した。フライアッシュを混合したセメントは普通ポルトラン
ドセメントと比較して長期強度増進、優れた仕上面、遊離石灰の減少、耐透水性、化学抵抗性、収縮等にすぐれ、後にJIS R 5213（フライアッ
シュセメント）の規格化に発展していった。
本文8.3.2(3)参照。

宇部興産海運株式会社
山口県宇部市

宇部興産株式会社
建設資材カンパニー
山口県美祢市

宇部興産株式会社
建設資材カンパニー
技術開発研究所
山口県宇部市

日本初の民間セメント製造会社である小野田セメントの開業時より、セメント製造用の機械類を駆動していた蒸気機関である。現存している国産の工場用蒸気機関としては最初期のものであり、大阪砲兵廠が民間工場ために製作した機械類のなかで唯一現存するものである。
本文3.5参照。

太平洋セメント株式会社
小野田事務所山口県山陽小野田市

清忠丸はわが国初のばら積セメントタンカーであり、昭和 年 月に就航した。総屯数屯（載貨重量屯）の単螺旋のディーゼル船で主馬力であった。積み込みは欧米のコンベア方式でなく、よ
機出力はり合理的な空気で吹き込む方式を採用しており、全国のストックポイン
トの設置と相まって輸送面の合理化に著しい成果を挙げた。
本文4.12.3参照

日本初のセメント工場である工部省深川工作分局時代からのセメント製造設備である。同工場は年に当社の前身である後の浅野セメント株
式会社へ払い下げられる。
本文3.2.3参照。

選定理由

アサノコンクリート株式会社
東京都江東区地

わが国に完存する唯一のセメント焼成用竪窯として、近代窯業史上、高い価値があり、西日本における建設事業の近代化を支えた旧小野田セメ
ント製造株式会社の中心的施設として重要である。
年 月、国の重要文化財に指定。
本文2.3.3参照。

在太平洋セメント株式会社
小野田事務所山口県山陽小野田市所

セメント製造技術史
西暦 年号

年表

世界

日本

紀元前

7000頃 イスラエル遺跡 コンクリート類似材料（ＢＣ）

3000頃 中国大地湾遺跡 コンクリート類似材料

関連する主な出来事（日本、世界）2600頃 エジプト ピラミッドに無機質接着材
1000頃 ギリシャ、火山灰を消石灰に混合して利用
200頃 ローマ、「窯」を築いて生石灰や焼石膏を製造
ギリシャ、ローマ、中世へと続く「古代セメント」の時代（技術的停滞期）
1750
1756 スミートン（英）「水硬性石灰」の発明（近代セメントの幕開け）
1770年代 イギリス産業革命進行
1776 米国独立宣言
1790

1789 フランス革命
1796 パーカー（英）ローマンセメント発明

1810
1815 ジョン（独） 、1818 ビカー（仏）
石灰石に粘土を加えて焼成し「水硬性石灰」を製造する方法を発明
1820

1820年代 ドイツ産業革命
1824 アスプジン（英）「ポルトランドセメント」特許取得
1830 フックス（独）「水硬性は珪酸と石灰の化学的結合による」

1830
1840

1844 ジョンソン（英）ポルトランドセメント製造の基本原則確立
1848 （仏） ポルトランドセメント製造開始
1850

1850 （独） ポルトランドセメント製造開始
1800年代中頃（英） 散布風化による凝結調節が始まる

1860
1861

文久 1 ポルトランドセメント初輸入（長崎製鉄所建設工事）
1862 ランゲン（独）高炉水砕スラグの潜在水硬性発見
1867 モニエ（仏）鉄筋コンクリート発明
1868 明治維新

1870

明治 3

1870 ミハエリス（独）石膏の凝結遅延効果発見
混合セメントの基本原理発見
1871 （米） ポルトランドセメント製造開始

1873

明治 6 深川官営セメント工場、初めてセメント製造・出荷

1875

明治 8 深川官営工場、輸入品並み品質のセメント製造開始

1872 東京・銀座街大火

1877 西南の役
1878 （独） 世界最初のセメント規格
1880

明治13

1883

明治16 小野田セメント工場（山口県） 操業開始（民営）1884

明治17 深川官営工場、浅野総一郎に払下げ

1882 ルシャトリエ（仏）
偏光顕微鏡によるクリンカー薄片の検鏡「クリンカー鉱物中の最多相は3CaO･SiO2」と同定
プリューシング（独）高炉セメント発明
1883 （独） 石膏添加公認

樽詰め出荷、1樽正味重量400ポンド（181㎏）

1888

明治21 浅野社、凝結調節に石膏添加開始

1890

明治23

1885 ミハエリス（独）「水硬率」の提案
ランサム（英)回転窯をセメント焼成に利用する特許取得
1886 ジャクソン（米）プレストレストコンクリートを発表
1880年代 （独） 白色セメント製造開始

小野田社、竪窯乾式法による製造開始
1890頃 アトラス社（米）回転窯でのセメント焼成に成功
1892 ダヴィッドセン（独）チューブミル発明
1892 ミハエリス（独）水和物「セメントバチルス」発見
セメント8社、農商務大臣に「セメント試験法一定ノ儀二付願
書」提出

1893

明治26

1895

明治28 鉄筋コンクリートの技術が導入された

1894-95 日清戦争
1895 レントゲン（独）
X線を発見

1897

明治30 小野田社、樽入り正味380ポンド（172kｇ） とする

1898

明治31 小野田社、麻袋使用開始、190ポンド（86㎏）

1899
1900

明治32 浅野社、チューブミル設置（原料粉砕・門司工場）
明治33 日本ポルトランドセメント業技術会設立
小野田社、日本最初の「混合セメント」製造

1896 アトラス・セメント社（米）冷却筒付回転窯焼成に成功
1897 テルネボーム（瑞）クリンカー鉱物に命名、重液分離

セメント同業者「日本帝国ポルトランドセメント試験法」提案

112

1891 濃尾大地震（コンクリートの耐震性証明）

国立科学博物館技術の系統化調査報告

Vol.23 2016. March

1900 ポリジウス社（独）コンパウンドチューブミル発明

西暦 年号

日本

1901

明治34 セメント1樽380ポンド（172㎏） に業界で統一

1903

明治36 浅野社、回転窯設置（深川工場）

1904

明治37 最初の鉄筋コンクリート建築（佐世保）1905

明治38 最初のセメント規格制定
農商務省告示第35号「日本ポルトランドセメント試験方法」

世界

関連する主な出来事（日本、世界）

1901 （米） 発明王・エジソンのセメント工場竣工

最初のコンクリート橋（琵琶湖疏水）
1904-05 日露戦争
1905 （英） セメント規格制定
1906 （米） セメント規格制定（米） ベーツ式包装機の特許成立
1907

明治40 浅野社、生灰焼成法特許取得

1909

明治42 小野田社、大連工場操業開始（最初の海外工場）

1910

明治43 浅野社、エアセパレーター設置

1911

明治44 小野田社、浅野社門司、動力源に電力使用開始

1912

大正 1 「樽詰め」に代って「麻袋」使用が始まる

1913

大正 2 八幡製鉄「高炉セメント」生産開始

1913 キュール（独）「珪酸率」「鉄率」の提案
スピンデル（オーストリア）
早強セメント製造に成功

1906 （米） コットレル集塵機の特許成立（鉛精錬所で実機利用に成功）

1912 ラウエ（独）X線回折現象発見
1913 ブラッグ父子（米）X線結晶構造解析

1914-18 第1次世界大戦
1915 ランキン（米）＆ライト（米）C-S-A ３成分系相平衡図完成（米） 余熱ボイラー実用化に成功（強制通風を採用）
エムリー（米）遊離石灰の定量分析法提案（*）（*1930にラーチ（米）＆ボーグ（米）が改良を加えた方法がその後普及）1916

大正 5 小野田社、白色セメント製造開始

1917

大正 6 浅野社、深川工場にコットレル電気集塵機設置

1920
1921

大正 9 小野田社、余熱発電ボイラー設置（小野田工場）
大正10 業界、麻袋重量127ポンド（58㎏） 、95ポンド（43㎏） の2種とする
大正11 浅野社、ベーツ式袋詰機設置

1922

1920 （日） 第1次大戦後不況、慢性化

1923 ＦＬスミス社（デンマーク）
多筒式ユナックスクーラー開発
1924
1925

大正13 業界、メートル法採用、出荷品重量規格改定、袋50㎏、樽170㎏
大正14 秩父社、セメント包装に「紙袋」使用

1926

大正15 高炉セメント規格化

1925 （米） 湿式キルンに連続式スラリーフィルター設置
1926 ハンセン（米）＆ボーグ（米）X線回折をクリンカー鉱物同定に応用

1927

昭和 2 浅野社、多筒式クーラー採用（深川工場）

1928

昭和 3 徳山社、エアクエンチングクーラー設置

1927 （日） 金融恐慌

1929

昭和 4 浅野社、湿式キルン設置（西多摩工場）
浅野社、「早強セメント」製造開始

1932

昭和 7 小野田社、湿式フィルタ付キルン設置（藤原工場）

1932 （米） 粉砕助剤「ＲＤＡ」発売さる

1934

昭和 9 三河社、レポールキルン設置（愛知県田原工場）
浅野社、「中庸熱セメント」製造開始（米） 大ダム工事に低発熱のセメント大量使用
1934 ポリジウス社（独）エアブレンディングサイロ開発（独） セメント工場に初のロッシェ式竪型ミル

1935

昭和10 数社が「シリカセメント」製造開始

1936

昭和11 宇部社、バラタンカー船「清忠丸」（3600ｔ積） 就航

1937
1938

昭和12 小野田社、スミス式グレートクーラー採用（大船渡工場）
昭和13 早強セメント規格化

1939

昭和14 プレストレストコンクリート技術紹介される

1941

昭和16 モルタル強度試験法、硬練→軟練

1942

昭和17 「雑用セメント」の規格制定

1945

昭和20

1946

昭和21 セメント技術協会発足

1928 フレシネ（仏）プレストレストコンクリートの基礎理論確立
1929 ボーグ（米）クリンカー鉱物組成算出の「ボーグ式」提案

1929 世界的大恐慌

1930 （独） レポールキルン発明

国内初のバラセメント出荷1937 日中戦争勃発
1938 ムサグヌグ（独）、ヘーゲルマン（独）「最適石膏添加量」があることを発表

1941 太平洋戦争勃発
1945 （日） ポツダム宣言受諾

1947

昭和22 セメント輸出再開

1949

昭和24 最初の生コン工場、磐城社系・業平橋（東京）1950

昭和25 「JES窯業」に代って、「セメントJIS」制定
セメント自由販売体制に復帰
昭和26 日本社、最初のフラー型クーラー設置（西多摩工場）

プレストレストコンクリート実用化

1951

1950 フンボルト社（独）ＳＰキルン開発

1950 朝鮮戦争勃発

宇部社、重油焼成開始
小野田社、電子顕微鏡設置
1953

昭和28 中庸熱セメントJIS化

1954

昭和29 徳山社、最初の湿式ロングキルン設置

1955

昭和30 ＜この頃からバラ出荷が進展＞

1956

昭和31 宇部社、フライアッシュセメント市販開始

1957
1959

昭和32 麻生社、ブレンディングサイロ（バッチ式） 導入
昭和34 小野田社、改良焼成法に転換開始
小野田社、連続式ブレンディングサイロ導入
宇部社、最初の原料用竪型（ロッシェ）ミル設置

1960

昭和35 フライアッシュセメント、ＪＩＳ化

1955-56 （日） 神武景気

1959 リバーサイド社（米）、アイディール社（米）など
コンピューター制御開始

1959 （日） 岩戸景気

この年以降、重油転換が急速に進行

セメント製造技術の系統化調査113西暦 年号世界

日本

関連する主な出来事（日本、世界）

この頃からプロセス制御コンピューター試行始まる
この頃からEPMAのセメント化学研究への応用始まる
1962

昭和37 秩父社、熊谷工場制御用コンピューター設置

1963

昭和38 第一社、最初のＳＰキルン

1962 ベダーグ社（独）サイクロンセパレーター開発

1961 （日） 貿易自由化開始
1962 （日） ばい煙規制法

三菱社、最初のダブルローテータミル（東谷工場）
1964 ＣＰＣ社（米）原料・焼成工程のコンピューター制御試行

1964 （日） 東京五輪開催
東海道新幹線開業
1965-70 （日） いざなぎ景気

1966

昭和41 秩父社、最初のサイクロンセパレーター採用
セメント技術協会は「セメント協会研究所」に改組
この頃、検鏡法「小野メソッド」、ほぼ完成
1967 マゴト社（ベルギー）
高 Ｃｒ 耐摩耗ボール開発（小径化が可能に）

1968

昭和43 第5回セメント化学国際会議、東京で開催

1968 （日） 大気汚染防止法

1971

昭和46 三菱社、世界初のＮＳＰキルン（東谷工場、福岡）

1971 ドルショック

以降1年以内にＳＦ、ＲＳＰが開発さる
セメント袋、50㎏→40㎏に軽量化
1973
1974

昭和48 ＪＩＳ改訂で粉砕助剤の使用が可能に
昭和49 秩父社/IHI、SF技術をフラー社（米）に導出（初のセメント技術輸出）

1976

昭和51 小野田社、「小野田エンジニアリング（株）」設立（セメント専業社で初のエンジニアリング子会社）
昭和52 セメントキルンのＮＯｘ規制始まる

1977
1978

宇部社、ロッシェミルで「1キルン・１ミル」体制を実現
昭和53 耐硫酸塩セメント、ＪＩＳ化
日本社、廃タイヤをキルン投入する技術の開発

1979

昭和54 小野田社、世界初の渦流型セパレーター「O-SEPA」開発

1973 第１次石油危機

1978 （米・独） この頃から高ビーライト系セメントの開発始まる

1978 第2次石油危機

普通セメントに5％までの「少量混合成分」添加認めらる
1980

昭和55 ＜この頃からＮＳＰへの廃熱発電の普及はじまる＞＜この頃からアルカリ・塩化物によるコンクリート損傷が問題化＞＜この頃から高ビーライト系セメントの研究・開発活発化＞

1986

昭和61 セメント中のアルカリ量ＪＩＳ規制値制定

1987

昭和62 秩父社、仕上ミル用予備粉砕機「ＣＫＰ」開発

1988

昭和63 小野田社、世界初のセメント粉砕用竪型ミル「ＯＫミル」開発

1988 (日) 明石海峡大橋着工

1990

平成2 秩父社、塩素バイパスの発明

1990 （日） バブル崩壊始まる

1992

平成4 セメント中の塩化物イオン量のＪＩＳ規制値制定（0.02%）

1991 ソ連邦消滅
全ポルトランドセメントにアルカリ0.75%の規制
秩父社、高ビーライト系セメント商品化
徳山社、廃プラのキルン燃料化技術開発
1994

平成6 小野田社・秩父社合併 「秩父小野田社」
住友社・大阪社合併 「住友大阪セメント社」
1995 （日） 阪神・淡路大震災

1996

平成8 セメント国内生産量9,927万トン（以降減少傾向）

1997

平成9 「低熱ポルトランドセメント」 ＪＩＳ化

1998

平成10 秩父小野田社・日本社合併 「太平洋セメント社」

セメント袋40kg→25kgに軽量化

宇部・三菱共販会社 「宇部三菱セメント社」
太平洋社、「灰水洗」最初の実機運転
1999

114

平成11 WBCSDのセメント部会「CSI」発足、環境問題の国際的連携

2001

平成13 太平洋社ほか、市原エコセメント工場操業開始

2002

平成14 太平洋社、ＡＫシステム商業運転開始

2003

平成15 セメント中の塩化物イオン量0.035%に緩和

2005
2006

平成17 太平洋社、熊谷工場のキルンコットレルをバッグフィルターに変更
平成18 東京たまエコセメント化施設 操業開始

2011

平成23

国立科学博物館技術の系統化調査報告2011 （日） 東日本大震災

Vol.23 2016. Marchセメント製造技術の系統化調査
ページ

段落

行

Contents2

正誤表
全文PDF版
2016年10月(正）

技術の系統化調査報告 第23集
2016年3月(誤）結び・謝辞・・・119

結び・謝辞・・・109

3

図1.1

注

配合される場合も多い）

配合される場合も多い

8

右

30

3CaO.SiO2固溶体

3CaO･SiO2固溶体

9

左

29

平岡義通

平岡通義

9

右

15,16

平岡義通

平岡通義

平岡義通

平岡通義

9

図2.3

10

右

29

平岡義通

平岡通義

10

左

36

沈殿地

沈殿池

11

左

8

平岡義通

平岡通義

11

左

12

荒川佐平衛

荒川佐兵衛

14

左

1

平岡義通

平岡通義

34

右

18

同筒状の鋼材

円筒状の鋼材40

左2312)年、になって12)年になって

41

21)

図4･21

7)

集塵機

集塵機

43

右

11

コンクリート２次製品

コンクリート製品

44

左2

コンクリート２次製品

コンクリート製品

44

右

30,41

コンクリート２次製品

コンクリート製品

44

右

39,42

２次製品

コンクリート製品

45

左4

コンクリート２次製品

コンクリート製品

45

左

注5 1

コンクリート２次製品

コンクリート製品

石灰焼成法

改良焼成法

47

表5.1

47

右

注2

石灰焼成法

改良焼成法

92

右

21

文献(11)

文献(14)

95

左

注2 2

コングノートコンクリート