JPH0657315B2 - 原料粉末等の焼成方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、原料粉末等の焼成方法及びその装置に関
し、特にたとえばセメント原料，アルミナ原料又は石灰
石粉末等の焼成方法および装置に関する。

「従来技術」 従来から、たとえば、セメント粉末原料を焼成してクリ
ンカを得るための装置としては、 （Ａ） いわゆるサスペンション式原料予熱装置、独立
した熱源を有する仮焼装置、焼成用のロータリキルンお
よびクリンカの冷却装置等を具備したもので、たとえば
特開昭６０−６５７５２号公報に開示されているもの、 （Ｂ） 独立した熱源を有する流動層式焼成炉、空気予
熱器および原料予熱器などからなるｐｙｚｅｌ方式によ
るもの、 （Ｃ） 予め小径のペレット状に造粒されたセメント原
料を投入する竪型の原料予熱装置、流動化用ないしは燃
焼用二次空気としての熱風供給装置、それぞれ独立した
熱源を有する２段式流動焼成炉および充填層式のクリン
カ冷却装置等を含有してなるもの、 （Ｄ） 独立した熱源を有する仮焼炉と組合わせた原料
予熱装置、高温分離器、末焼成原料分離器、独立した熱
源を有する焼成炉およびクリンカの冷却装置等が含まれ
るように構成し、未焼成原料等をクリンカ冷却装置に投
入されるに到るまで、該高温分離器、未焼成原料分離器
および焼成炉の連結により形成されるひとつの閉回路中
を高温状態で確実に循環、滞留せしめるようにするとと
もに、該焼成炉の出口から排出される該高温排ガスをそ
れら高温分離器、未焼成原料分離器、仮焼炉を経て、該
原料予熱装置に導くようにしたもので、たとえば、特公
昭６０−１３７３７号公報に開示されているもの、 の４種類を典型例としてあげることができる。

特に、ここで、以下の説明の便宜を図るため、第６図を
参照して上記（Ａ）方式の一典型例について説明する。

なお、この第６図は上記特開昭６０−６５７５２号公報
中の第１図に相当するものである。

第６図は、セメント原料粉末を予熱、仮焼、焼成、冷却
する工程を示す線図的系統図で、図中の実線矢印は熱風
の排ガスの流れを、又破線矢印は原料粉末の流れを示し
ている。

この装置は、主として、原料粉末予熱用サイクロン等の
粉末分離器Ｃ_１〜Ｃ_３を縦方向に配列してなる予熱装置
１，ダスト排出口を後述する焼成炉３の入口端覆１２に
接続した分離サイクロンＣ_４，クリンカ焼成用のロータ
リキルン等の焼成炉３，及びクリンカ冷却装置４より構
成されている。

このようなセメント原料焼成装置では、投入シュート５
より投入された原料粉末は、予熱用サイクロンＣ_１〜Ｃ
_３を経由しながら順次降下する。これに対して、焼成炉
３及びこの焼成炉３の入口端覆１２に連通状に設けられ
た仮焼炉２から供給されてくる高温の排ガスは、誘引通
風器８によって吸引されて原料予熱装置１内を上昇す
る。従って、ダクト７内及びサイクロンＣ_１〜Ｃ_３内に
おいては、原料粉末と高温排ガスとの混合、熱交換およ
び分離が繰り返される。

こうして、予熱された原料粉末は、原料予熱装置１から
予熱原料シュート１４を通って仮焼炉２へ導入される。

また、このような仮焼炉２には、クリンカ冷却装置４か
ら延長されてきた抽気ダクト１３が接続されており、ク
リンカ冷却装置４において生じた高温の焼成用二次空気
が仮焼炉２に導入されている。したがって、仮焼炉２で
は、この高温の燃焼用二次空気と、独自に専有するバー
ナ６_ａから燃焼用一次空気と共に供給される燃料とによ
って燃焼が起こり、その燃焼熱と燃焼炉排ガスのもつ熱
を受けることにより原料粉末が仮焼される。

仮焼された原料粉末は、仮焼炉２の燃焼ガス出口２ｆ側
に接続された粉末分離器としての分離サイクロンＣ_４に
燃焼ガスと共に入って分離された後、仮焼原料シュート
１５を介して焼成炉３の入口端覆１２に送られ、該焼成
炉３に入れられる。次いで、原料粉末は、焼成炉３の原
料の流れに対し下流下端側に設置したバーナ６_ｂから供
給される燃料の燃焼熱により、焼成炉３内で必要な熱処
理が施されて、クリンカになったのち冷却装置４で冷却
される。

尚、クリンカ冷却用の空気は押し込み送風機１０によっ
て供給され、クリンカと熱交換を行って昇温した空気の
一部は、上述の如く仮焼炉２及び焼成炉３に分配導入さ
れるが、余剰の空気は誘引通風機９により排出される。
そして、クリンカ冷却装置４から出たクリンカはコンベ
ア１１によって次工程へ搬出される。

「発明が解決しようとする問題点」 ところが、上記のうち、現在主として実用化されている
（Ａ）方式のものでは、仮焼原料の焼成のために高温火
炎の形成が必要であることから、ＮＯ_Ｘなどのような有
毒ガスの多発およびキルン内の焼成帯における過大な熱
負荷に起因する該キルン内張り耐火物の激しい焼損、短
い耐用期間という不都合が認められる。

さらに、処理工程中での生成クリンカに着目すると、そ
の粒度構成は１mm以下の微細なものから数１０mmの大粒
のものまで広範囲に分布しており、冷却装置内での該ク
リンカの偏析によって、冷却効率が低められる。また、
転動するロータリキルン内でのクリンカの運動（循環）
を見ると、粗粒子がその外側を細粒子がその内側を動く
ことになるため、所期のクリンカ品質を得ようとする場
合、粗粒子は過焼となり、細粒子は焼成が不十分となっ
て、クリンカの品質にバラツキが生じ、後続のセメント
ミルでの粉砕性を悪くする。

次に、いまだパイロット・プラントの段階にあるものと
思われる（Ｂ）方式では、クリンカの有する顕熱の回
収、利用がなされておらず、しかも該焼成炉の流動層内
でのクリンカ粒生成の核として、冷却された後の細粒ク
リンカを循環させているため、熱消費量の節減は期待で
きない。

一方、（Ｃ）方式のものは、現在までのところ実用化さ
れるに到っていないようである。これは 原料予熱装置に投入するペレット状セメント原料の
乾燥のために、相当な熱量が必要となること、 それらペレットの内部と外部とで、脱炭酸反応およ
び焼成反応の進歩程度がどうしても不均一となり、した
がってクリンカとしての性状にバラツキが生じやすいこ
と、 仮焼炉付のサスペンション式原料予熱装置の適用が
不可能なため、所要の流動層式焼成炉が大型となり、そ
の結果、熱消費量の低減を図ることができず、またペレ
ット造粒設備を必要とするので、それだけ全体の設備費
が増大すること などの不利、欠点があるためと考えられる。

また、（Ｄ）方式では、前記公報中を見れば、上記
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の各方式に認められる不都合，
不利，欠点などが解消され、たとえば装置全体の設備面
積の縮小、熱消費量の低減、ＮＯ_Ｘなど有害ガスの発生
防止、内張り耐火物の寿命延長などが可能となり、しか
も、ロータリ・キルン方式に比べて粒子が小径のクリン
カが得られるので、セメントミルの粉砕動力も小さくて
済むとしている。しかしながら、このような方式では、
焼成炉における造粒クリンカを焼成炉内に堆積させず
に、上昇ガスに同伴させるためには、流動層内のガス速
度を高速（終端速度以上に）にする必要がある。その場
合該焼成炉内の原料の滞留時間は極めて短いものとな
り、且つ分離器内と焼成炉内を多量の高温原料が循環す
ることとなって、粒径にバラツキが生じ、熱効率の点で
極めて劣るとともに、液相成分が多い場合では、ダクト
部及び分離器部での原料の融着の危険性が高く、そのた
めに別途、特別の機構を設けなければならない。これで
は、実際の使用においては、必ずしも、上述の効果を奏
することができず、実用化の点で極めて困難となってい
る。

「発明の目的」 それゆえに、この発明の主たる目的は、ＮＯ_Ｘなどの有
毒ガスの発生防止，内張り耐火物の寿命延長など従来技
術における上記問題点を悉く解消することであって、殊
に、熱交換性に優れ、熱消費量の低減および装置全体の
コンパクト化を図ると共に、粒径が均一かつ小径で、冷
却効率を向上し、たとえば、セメントミルでの粉砕効率
を向上させるようなクリンカを製造可能とする原料粉末
の焼成方法を提供すると共に、その焼成方法に最適の装
置を提供することである。

「問題点を解決するための手段」 上記目的を達成するために、この発明が採用する主たる
手段は、その方法においては、独立した燃焼手段を有す
る仮焼帯を用いて、原料粉末の仮焼処理を行う原料予熱
工程と、前記予熱工程に続き、前記予熱及び一部仮焼さ
れた原料粉末を焼成するための独立した燃焼手段を配備
した焼成工程と、前記焼成工程に続く焼成原料の冷却工
程とを経て行われる原料粉末の焼成方法において、上記
焼成工程に前記冷却工程から導入された高温排ガス中
に、この流れ方向に見て下流側であって上記焼成原料の
排出部よりも上方位置から、前記原料予熱工程から送ら
れてくる原料粉末を投入すると共に、前記焼成工程中に
導入された高温排ガスの通過速度を複数の各段階におい
てその流れ方向に見て上流側から下流側に向うに従って
高速度から低速度に漸次的に、且つ各段階の内、下流側
の段階の入口側よりも上流側の段階の出口側での通過速
度を遅くしつつ各段階の各上流入口側での通過速度をそ
の流れ方向に見て上流側から下流側に向うに従って高速
度から低速度に段階的にそれぞれ変化させ、この高温排
ガスに搬送される前記原料粉末の焼成を行い、前記焼成
によって、所定の大きさに造粒された粗粉原料のみを、
後続する前記冷却工程に供給してなる点であり、その方
法を好適に行うための装置においては、独立した燃焼手
段を有する仮焼炉を装備した原料予熱装置と、前記予熱
された原料粉末を焼成するための独立した燃焼手段を有
する焼成炉と、前記焼成された焼成原料を冷却するため
の冷却装置とを備えてなる原料粉末の焼成装置におい
て、導入される高温排ガスの流れ方向に見て、前記焼成
炉の下流側であって上記焼成原料の排出部よりも上方位
置に、前記原料予熱装置から供給されてくる原料粉末を
導入するための投入口を設け、かつ同上流側に前記冷却
装置から供給されてくる高温排ガスを導入するための開
口を形成し、加えて、前記焼成炉の内壁を段階的に複数
の棚段状に形成し、各棚段において前記上流側に向うに
従って漸次的に、且つ各棚段の内、下流側の棚段の入口
側よりも上流側の棚段の出口側を拡大させつつ各棚段の
各上流入口側において前記上流側に向うに従って段階的
にそれぞれ前記焼成炉の断面積が小さくされてなる点で
ある。

「発明の効果」 この発明によれば、ＮＯ_Ｘなどの有毒ガスの発生防止、
内張耐火物の寿命延長などが可能となり、加えて、熱交
換効率が改善されることによって、焼成炉等の諸装置を
コンパクト化し、燃料の消費および排ガス中のＮＯ_Ｘを
削減することができる。

また、焼成された原料粉末の粒径が均一かつ小径となる
ので、たとえば、冷却装置での冷却性およびセメントミ
ルでの粉砕性が良いクリンカを製造することができる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点
は図面を参照して行う以下の実施例の詳細な発明から一
層明らかとなろう。

「実施例」 第１図はこの発明の一実施例にかかる焼成装置の要部を
示す線図的系統図、第２図はこの発明の他の実施例にか
かる焼成装置の要部を示す線図的系統図、第３図はクリ
ンカ粒子径と終端速度との関係を示すグラフ、第４図お
よび第５図は焼成炉のそれぞれ異なったタイプの変形例
を示す説明図である。

なお、以下の実施例はこの発明の一具体例にすぎず、こ
の発明の技術的範囲がこの実施例によって限定されるも
のではない。

また、第６図に示した従来の原料粉末の焼成装置と共通
する要素には同一の符号を使用して説明する。

第１図において、原料粉末の焼成装置は、第６図におい
て示した仮焼炉２を装備し、原料粉末の流れ（図中破
線）に対し、下流側に位置する焼成炉３０および後続の
冷却装置４を具備している。

尚、この実施例における予熱装置は、第６図で示した従
来のものとその構成および機能が同一のため図示および
説明を省略する。

焼成炉３０は、その上端部が仮焼炉２の下部スロート２
_ｂを介して、仮焼炉２に接続され、その下端部が焼成炉
３０の下部ノズル３１を介して、冷却装置４に接続され
ている。したがって、この下部ノズル３１からは、冷却
装置４の高温排ガスが導入されると共に、焼成炉３０に
おいて粒造された焼成原料（クリンカ）が冷却装置４に
向けて排出されることになる。

焼成炉３０の上部は、分離サイクロンＣ_４および仮焼原
料シュート１５を介して原料予熱装置１（第６図）から
供給されてくる原料粉末を導入する入口（図示せず）ぽ
設けた円筒部３０_ｅと、上開きの円錐部３０_ａ（小室）
とからなり、同下部は、以下順に径が減少する下絞りの
円錐形を成した小室３０_ｂ，３０_ｃおよび３０_ｄから構
成されている。

この場合、円錐部３０_ａおよび各小室３０_ｂ，３０_ｃ，
３０_ｄの相上下する接続部の開口面積は、たとえば、排
ガスの流れ方向に見て、それぞれ上流側が大きくなるよ
うに設定されており、各接続部は焼成炉３０に対して、
いわば棚段状に上流側に向うに従って段階的に縮径され
た部分となっている。これにより、焼成炉３０において
は、各小室毎に上記上流側ほど高温排ガスのガス流の速
度は速く、同下流側ほど高温排ガスのガス流の速度は遅
く、また各小室間では、下流側の小室の入口部よりも上
流側の小室の出口部でのガス流の速度が遅くなる。

なお、焼成炉３０の下部ノズル３１および各小室３
０_ｂ，３０_ｃ，３０_ｄ間の開口部を通過する高温排ガス
の流速は、第３図に例示した様なクリンカ粒子径と終端
速度の関係並びに炉内温度条件，ガス量等を考慮し、適
宜決定される。

従って、原料予熱装置１（第６図）において仮焼がほと
んど終り、仮焼原料シュート１５を通って焼成炉３０の
最上段の小室３０_ａに投入されてくる原料粉末は、まず
この小室３０_ａの内壁面に沿って落下し、続いて小室３
０_ａの下部開口においてその直下に接続されている小室
３０_ｂから比較的高速度で吹き上がってくる高温排ガス
により上方に吹き上げられ、一方、上部においては、比
較的低速度になった排ガスから離れて再度落下する。

このようにして原料粉末は、小室３０_ａ内において第１
段階の昇降運動を繰り返し行うことになり、このとき、
排ガスとの熱交換，焼成および造粒が行われる。なお、
小室３０_ａの内部には、その下部開口部から原料粉末が
排出されない限り、通常、上記仮焼原料シュート１５か
ら連続的に原料粉末が投入されてくるので、高濃度の状
態にされた原料粉末が滞留することとなる。これによ
り、原料粉末の高温排ガスとの熱交換および原料粒子の
粗大化（造粒）を効率よく行うことができる。

次いで、小室３０_ａの下部開口部からの後続の小室３０
_ｂ内に落下し得るほどの大きさに成長した原料粒子は、
小室３０_ｂから吹き上がってくる排ガスのガス流速に逆
らって、小室３０_ｂ内に落下し、続いて上記小室３０_ａ
において説明した場合と同様の運動を行い、この小室３
０_ｂ内においても、直下に接続される小室３０_ｃから比
較的高速度で吹き上がってくる高温排ガスによって吹き
上げられる。

このとき、小室３０_ｂ内では、原料粒子の第２段階の昇
降運動が繰り返され、排ガスとの熱交換，焼成反応の進
行および粒子の粗大化（造粒）が行われる。そして、こ
の原料粒子が、小室３０_ｃから吹き上がってくる排ガス
のガス流速に逆らって、小室３０_ｂの下部開口部から後
続の小室３０_ｃ内に落下し得るほどに粗大化したとき重
力によって小室３０_ｃ内に落下する。

以下、順次、小室３０_ｃおよび３０_ｄにおいても、同様
の粒子の昇降運動と熱交換、焼成および造粒が繰り返し
行われ、所定粒度に焼成された原料が下部ノズル３１か
ら冷却装置４に排出される。

以上のように、下段の各小室から吹き上がってくる排ガ
スのガス流速が上段に昇るにつれて順次低くなるように
設定されるので、焼成炉３０内の各小室３０_ａ〜３０_ｄ
では、ある決まった粒径の粒子しか存在しなくなる。そ
のため、その象粒構成は、ロータリキルン等一般的な転
動造粒に見られるレアリング（雪だるま式造粒）ではな
くペアフォーメーション（合体式造粒）が主となる。従
って、最終的な原料粒子としては、空隙が多くロータリ
キルンのクリンカに比べ粒子のみかけ密度が低いクリン
カとなるとともに、その粒度構成においては、ロータリ
キルンのクリンカに比べ極めて粒度のそろったクリンカ
となる。

第６図に例示したような従来方式の場合では、冷却装置
４においてクリンカの偏析によって吹抜けや冷却され難
い微細な高温クリンカ流（赤い川）が発生し、冷却効率
の低下や場合によっては冷却機の焼損が生じていたが、
ここでは、それらが防止され生成クリンカの高い冷却性
と相俟って、高い冷却効率と機器寿命の大幅な延長が達
成できることになる。さらに、ペアフォーメーションに
よって生成されたクリンカは、後続のセメントミルでの
粉砕性にも優れ、大幅なミル動力の低減と能力の向上が
達成できることになる。

尚、焼成のための熱を供給するバーナ６_ｂは、通常、最
下段の小室３０_ｄ又は最下段の一つ上の小室３０_ｃに少
なくとも一本以上が設置されるが、他に全小室３０_ａ〜
３０_ｄの各々に少なくとも１つ以上のバーナを設置する
こともできる。

一方、ＮＯ_Ｘの発生量を見ると、ロータリキルン式の場
合、キルン内の最高温度は２０００℃を越えるため極め
て高い発生量となることが分かっているが、この実施例
の場合、熱交換性が良いため、炉内最高温度がクリンカ
焼成温度１４５０℃を超えてそれほど高い温度になら
ず、ＮＯ_Ｘの発生量も極めて低い値に抑えられるという
利点がある。

次に、第２図において、この発明にかかる他の実施例装
置について説明する。この例では、第１図に示す実施例
装置に比べ、焼成炉３０と仮焼炉２の間に、焼成炉排ガ
ス導管３４と微粉原料分離器３２とを設けた点で異な
り、焼成炉３０のコンパクト化を図ったものである。

この実施例装置の場合、焼成炉３０の最上室上部断面の
ガス流速を仮焼原料シュート１５からの原料性状に制限
されることなく比較的高めに設定できるため、相対的に
焼成炉３０の最大断面積を小さくできるともに、小室数
の減少も可能で、それにより焼成炉３０の容積，高さ等
を小さくすることができるという利点がある。

なお、焼成炉排ガス導管３４内を通る排ガスと原料との
設定温度は、液相生成開始温度（約１２５０℃）以下に
保たれ得るので、この導管３４および微粉原料分離器３
２のそれぞれの内壁に対する原料の融着は生じない。

さらに、この実施例装置では、分離サイクロンＣ_４から
送られてくる仮焼された原料粉末の一部又は全部が、仮
焼原料シュート１５から分岐された仮焼原料シュート１
５_ｂを通じて焼成炉排ガス導管３４に投入される。この
ため、この装置では、突発的な同導管３４での温度上昇
に対し、上記仮焼原料が投入され、温度面でのトラブル
において速やかに対処され得る。

また、微粉原料分離器３２は、焼成炉３０の一個所又は
複数個所に、分離サイクロンＣ_４において補集された原
料粉末と同様に補集した原料粉末を再投入するべく、シ
ュート３３_ａおよびこれから分岐されたシュート３３_ｂ
を介して連通している。

以上、第１図および第２図に示す実施例装置では、焼成
炉の中心線が重力方向とほぼ同一で、かつその構造は、
縦断面において、線対称となっている。しかしながら、
この他に、第４図に例示するように、焼成炉３０′の中
心ｌ_１が重力方向とある角度をもって傾斜する構造、あ
るいは、第５図に例示するように、焼成炉３０″の縦断
面において、片面３０_ａ″垂直でその対向面側に棚段が
設けられている構造等もこの発明の趣旨に沿うものであ
る。なお、焼成炉の棚段状に区切る小室は少なくとも２
つあればよく、その数は限定されることはない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例にかかる焼成装置の要部を
示す線図的系統図、第２図はこの発明の他の実施例にか
かる焼成装置の要部を示す線図的系統図、第３図はクリ
ンカ粒子径と終端速度との関係を示すグラフ、第４図お
よび第５図は焼成炉のそれぞれ異なったタイプの変形例
を示す説明図、第６図はこの発明の背景となる従来の原
料粉末の焼成装置を示す線図的系統図である。 （符号の説明） ２……仮焼炉、４……冷却装置 ３０……焼成炉、３０_ａ……円錐部（小室） ３０_ｂ〜３０_ｄ……小室 ３１……下部ノズル、３２……微粉原料分離器 ３４……焼成炉排ガス導管。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】独立した燃焼手段を有する仮焼帯を用い
   て、原料粉末の仮焼処理を行う原料予熱工程と、 前記予熱工程に続き、前記予熱及び一部仮焼された原料
   粉末を焼成するための独立した燃焼手段を配備した焼成
   工程と、 前記焼成工程に続く焼成原料の冷却工程とを経て行われ
   る原料粉末の焼成方法において、 上記焼成工程に前記冷却工程から導入された高温排ガス
   中に、この流れ方向に見て下流側であって上記焼成原料
   の排出部よりも上方位置から、前記原料予熱工程から送
   られてくる原料粉末を投入すると共に、 前記焼成工程中に導入された高温排ガスの通過速度を複
   数の各段階においてその流れ方向に見て上流側から下流
   側に向うに従って高速度から低速度に漸次的に、且つ各
   段階の内、下流側の段階の入口側よりも上流側の段階の
   出口側での通過速度を遅くしつつ各段階の各上流入口側
   での通過速度をその流れ方向に見て上流側から下流側に
   向うに従って高速度から低速度に段階的にそれぞれ変化
   させ、この高温排ガスに搬送される前記原料粉末の焼成
   を行い、 前記焼成によって、所定の大きさに造粒された粗粉原料
   のみを、後続する前記冷却工程に供給してなる原料粉末
   の焼成方法。
2. 【請求項２】独立した燃焼手段を有する仮焼炉を装備し
   た原料予熱装置と、前記予熱された原料粉末を焼成する
   ための独立した燃焼手段を有する焼成炉と、前記焼成さ
   れた焼成原料を冷却するための冷却装置とを備えてなる
   原料粉末の焼成装置において、 導入される高温排ガスの流れ方向に見て、前記焼成炉の
   下流側であって上記焼成原料の排出部よりも上方位置
   に、前記原料予熱装置から供給されてくる原料粉末を導
   入するための投入口を設け、かつ同上流側に前記冷却装
   置から供給されてくる高温排ガスを導入するための開口
   を形成し、加えて、 前記焼成炉の内壁を段階的に複数の棚段状に形成し、各
   棚段において前記上流側に向うに従って漸次的に、且つ
   各棚段の内、下流側の棚段の入口側よりも上流側の棚段
   の出口側を拡大させつつ各棚段の各上流入口側において
   前記上流側に向うに従って段階的にそれぞれ前記焼成炉
   の断面積が小さくされてなる原料粉末等の焼成装置。