JPS5811375B2 - セメント原料製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冶金炉滓特に高炉滓を出発原料とするセメント
原料の製造方法に係る。

一般に高炉滓を溶融状態において、水および水蒸気等を
用いて吹きとばし水中に投入して水滓としたものを乾燥
粉化してセメント原料とすることは周知の技術である。

ところでこのように水滓とすることは、処理設備が高面
になることに増して、処理水の浄化に舊しい設備投資を
必要とすることおよび製品水滓は含氷率が高く乾燥に多
くのエネルギーを必要とし、さらにこの乾燥工程での大
気汚染の問題などの点で難点がある。

そこで本発明者等は水を必要とせず、乾式によって高炉
滓をセメント原料化する技術開発を行なった結果、本発
明の方法を開発したものでその要旨は、ＳｉＯ２３１〜
４２％、ＣａＯ３６〜４５％、Ａｌ２Ｏ３９〜１７％、
ＭｇＯ３〜１３％を主成分とする溶融高炉滓を常温の空
気およびもしくは不活性気体で吹きとばし非晶質部７０
％以上、比重２．７〜３．０、圧砕粉化率１．０以下、
粒径０．１５〜１０ｍｍの滑らかな曲表面を有する球状
硬質人工砂としたのち、該人工砂を９０μ以下に微粉砕
することを特徴とするセメント原料製造方法にある。

而して本発明についてさらに詳しく説明する。

従来、粒滓もしくは水滓の製造手段としては第１図ある
いは第２図、第３図に示すような処理装置によって行な
われることが一般的であった。

即ち第１図は溶融した状態の高温滓１（以下溶融した状
態の滓を高温滓と言い細化され凝固もしくは半凝固した
状態の滓を粒滓という）を回転ドラム２の遠心力で空中
に飛翔させることにより冷却しながら小球形を造形した
後、集積場３に落下せしめるものであるが、該装置で効
果的に粒滓を製造するには高温環１が空中を飛翔する間
にその温度を凝固点以下に低下させねばならない。

このためには回転ドラム２の径を大きくするか回転数を
高くせねばならないことから粒滓の飛散範囲が広くなり
、当然広大な広さの集積場３を必要としその回収効率は
すこぶる悪いものであった。

また回転ドラム２の遠心力を大きくするには実用的見地
から自ずと限界があるため、高温環１が空中飛翔の間に
完全に凝固せず集積場３に落下後再融着する状態も多く
発生し、効果的な粒滓の製造には問題が多かった。

次に第２図の実施例は樋４より落下する高温環１にノズ
ル５を介して圧縮空気、不活性ガスあるいは水蒸気、高
圧水等を吹付けることによって細化すると共に空中に飛
翔させた後冷却槽６に落下させて凝固させ、然る後コン
ベア７で前記粒滓を回収するものである。

第３図の実施例は樋４より落下する高温環１にノズル５
を介して高圧水を吹きつげて細化すると同時に急冷させ
、そのまま流下樋１９を流れて攪拌槽２０へ入る。

攪拌槽２０で均一に攪拌冷却された水滓は、スラリーポ
ンプ２１で脱水槽２２に送られ水２３と分離されたのち
回収される。

該装置においても、前記実施例と同様に広大な設置面積
を必要とすると共に粒滓回収のための設備が大掛かりと
なり、さらに粒化された高温環１は急激に冷却されるた
め粒滓はガラス化率が高く、セメント原料としては好ま
しいものの、処理水の浄化と製品の乾燥が前述のように
難儀なものであった。

そこで本発明者等は簡易で、しかし遠視問題、エネルギ
ー問題等において難点がすくない製造方法の開発を行な
った。

以下その具体的な構成について個々に詳細に説明する。

第４図は本発明にかかる人工砂即ち粒滓の製造装置の一
実施例を示す構成断面図である。

図において鍋８に貯留された高温環１は鍋８の出口樋８
ａより流下する際ブロワ−９および吹付ノズル１０から
なる細化装置１１によって細化される。

即ち出口樋８ａより流下する高温環１は吹付ノズル１０
からの常温の吹付元気によって吹飛ばされて細化され、
風洞１２内に飛翔する。

風洞１２内に飛翔した高温環１は誘引ブロワ−１３の吸
引力によって風洞におよび導出管１４内を矢印ａ方向に
吸引搬送され、かつ該吸引搬送される間に凝固点以下ま
で冷却されて導出管１４の後端部に設置された分離槽１
５で前記空気と分離され粒滓は分離槽１５の取出口１５
ａより回収され、また、空気は吸引管１６を介して誘引
プロソー１３より大気中へ排出される。

風洞１２および導出管１４は細化装置１１に連設され、
細化された高温環１を効率よく飛翔させながら搬送する
もので本発明で称する筒状体とは該風洞１２、導出管１
４等を含めて言うものであり、又細化高温環１を該筒状
体を介して分離槽１５まで吸引搬送する吸引装置とは吸
引管１６および誘引ブロワ−１３を含めて言うものであ
る。

以上の如く本発明はその製造手段の１つが細化され、筒
状体に飛翔した高温環１を吸引搬送する手段とすること
を特徴の１つとするものであり、細化装置１１としては
本実施例の空気吹付手段に限ることなく、たとえば不活
性ガス等を吹付けることでも差支えない。

さて該細化装置１１と筒状体の設置位置の関係は細化装
置１１で飛翔される高温環１が筒状体、即ち風洞１２内
に効率的に飛翔されるように細化装置１１０種類、特性
に応じて適宜決定する必要がある。

さて風洞１２内に飛翔された高温環１は風洞１２の開放
部より吸引される空気および吹付空気あるいは不活性ガ
ス、水蒸気等を搬送気体として風洞１２から導出管１４
に集合されつつ搬送されるが、本実施例では前記風洞１
２内に飛翔した高温環１を効率的に集合させるために風
洞１２の端部にアーチ形の衝突板１７を設け、該衝突板
１７に飛翔した高温環１を衝突させて落下させると共に
搬送気体の流動抵抗をより少なくして流速の速い導出管
１４に吸引させた。

而して高温環１を吸引搬送させることにより前述の如く
風洞５内に広く飛翔された高温環１も口径を比較的小さ
くした導出管１４に容易に集合できるため、一定の位置
、即ち本実施例の分離槽１５で効率的に回収でき、設備
全体を非常にコンパクトにできる。

また細化装置１１の遠心力あるいは飛翔力が小さい場合
でも、高温環１の空中飛行距離は誘引ブロワ−１３の吸
引力によって比較的長くでき、該空中飛行の間に元号な
冷却が行えるため粒化された高温環１の再融着の問題が
大巾に改善された。

尚風洞１２の壁面および衝突板１７における高温滓１の
付着を防止するために風洞１２の壁面および衝突板１７
を水冷構造とすることや研摩加工あるいはメッキ仕上を
行うことや、さらに壁面に沿って圧縮空気を流通せしめ
る等の手段を構することが効果的である。

以上の如く風洞１２および導出管１４は筒状体の主要な
構成部材であり、前述の効果を有するものであるが筒状
体としては図示はしないけれども全体を同一形状、たと
えば風洞１２のみを筒状体とし、風洞１２の後端部に前
記風洞１２より断面形状を大きくした分離槽１５を設置
し、搬送気体の流速を高温滓１を搬送し得る限界搬送流
速以下に落すことによって粒滓の回収を行う構造とする
ことでも差支えない。

さらに風洞１２の大きさおよび長さを細化装置１１の特
性に応じて適切に設定することにより高温滓１は風洞１
２内の飛翔中にその表面温度が確実に凝固温度以下まで
低下するため後述する実験例でも判明するように物理的
性質の非常に秀れた粒滓が得られ、またこの場合高温滓
１が風洞１２を通過した後の導出管１４あるいは風洞１
２の後端部の適宜な場所で散水等の強制冷却を行っても
その性質に変化はなく該散水手段の採用は粒滓の完全冷
却が行え、大容量処理にも適している。

ただし、前記散水は、得られる粒滓が直ちに乾固する程
度にとどめることが好ましい。

次に第５図は高温滓１との接触でＳＯｘ等のガスを含ん
だ搬送気体を分離槽１５と吸引管１６を介して誘引ブロ
ワ−１３との間に設置された脱硫装置１８で完全に無害
化処理した後、大気中に放散するようにしたものである
。

次に第１表は前記第４図の実施例における諸元を示す。

本実験例で得られた粒滓は添付の参考写真に示すように
緻密な組織で表面形状のなめらかな球形あるいは球形に
近い形状となり、前記実施例における粒度分布の一例は
第２表に示す通りであった。

次に本発明にがかる粒滓と比較材との物性について説明
する。

第３表は本実験で得られた人工砂即ち粒滓と天然砂、水
滓等の物理的性質との対比、並びに標準値、あるいは基
準値との対比表である。

而して、本発明の粒滓め製造手段の要点につきさらに詳
細に説明する。

第６図は吹付ノズル１０′の異なった一実施例の詳細と
取付状態を示す側面図であり、流下する高温環１に対し
て、吹付空気の吹出口１０′ａの位置を段々にずらした
多段式吹付ノズル１０′を示すものである。

該多段式吹付ノズル１０′の吹出口１０′ａの横巾ば高
温環１の流下中より若干広い程度で該多段式吹付ノズル
１０′の中心線を水平線に対して１０〜４５°の範囲の
傾斜角θで上向きに装着すれば飛行距離も長くなり、拡
散効果も非常に優れ、本発明者等の経験では前記条件を
満足するためには吹出口１０′ａが単数の場合より本実
施例の１０ａ′、１０ａ″、１０ａ′″の如く複数個の
方が効果的であることが確認された。

第６図において複数の点１００で示すものは、小粒に分
散し、表面張力によって球状化し空気中を飛しようする
凝固前の粒滓である。

この空気中における飛しよう距離が長く滞空時間が光分
にとれれば、前述の風洞１２や導出管１４を用いなくと
も良い。

さて、吹付ノズル１０′で効果的に人工砂をつくる要点
の１つは高温環１を出口樋８ａから流下せしめる際に、
該高温環１を層流とし、流下せしめることにある。

即ち第７図に示すように出口樋８ａから流下する高温環
１の厚みｔはたとえば５〜３５ｍｍ程度とする。

このようにすると高温環１は細粒に分割され、各々の細
粒は表面張力によって球状化して吹付ノズル１０′から
の吹付空気流に乗って空気中を飛しようする間に表面が
凝固する。

而して落下するまで適宜の時間を持たせれば落下しても
形状が崩れる心配はすくない。

本発明の特徴の１つは、このように空気中を飛しようす
る間に表面張力による球状化とその後、飛しよう中もし
くは落下によって他物に接触した際に大きな形状変化を
起させない程度に凝固を進行せしめる点にある。

さて、前に述べたように高温環１に水蒸気や水蒸気と空
気を混合した気体を吹きつける手段は周知であり、本発
明者等は空気を吹きつけて実験した結果、吹付けの風速
によって粒滓の製造に最適範囲のあることを見出した。

即ち第８図は横軸に吹付ノズル１０′からの吹付空気の
風速（ｍ／ｓ）をとり、縦軸に鉱滓線発生率（％）（重
量比率）をとったものであるが、風速が２００ｍ／ｓを
こえると急激に鉱滓綿となる率が高くなり粒滓の生産に
非常な障害をひきおこす、と言うのは鉱滓綿は比重が軽
いため、比率としては僅かであっても容積的に多量なも
のとなり、その処理に多大の労力を必要とするのみなら
ず、粒滓との分離や該鉱滓綿の処理設備も高額なものと
なるためであり、また得られる人工砂も極細砂分が多く
なって、目的に反する。

また風速が５０ｍ／ｓ以下になると高温環１が細粒に分
離する効率が著しく低下し、粒滓とならず、塊状物とな
って本発明の目的に反するものとなる。

また前述の流下する高温環の厚みｔを５〜３５朋に限定
する理由は、前述の実験において、厚みｔを５ｍｍ以下
にすることは出口樋８ａでの凝固が著しく流下が困難に
なることと、鉱滓綿の発生が多くなることが、その限定
理由であり、また３５ｍｍ以上にすると風速を変化させ
ても細化が不光分となり一定風量当りの処理滓量に限界
があることから、塊状物が多くなるか朔が充分性なわれ
なくなり、本発明の目的とするセメント原料としての粒
度が揃っておりしかも強度のすぐれた低価格の粒滓の供
給が害されるからである。

さらに前記高温環１の温度は熱電対による直接阿測定で
１３００〜１４５０℃の温度範囲にあることが良いこと
が確しかめられた。

即ち１３００℃以下では細化が困難になり１４５０℃以
上では鉱滓綿の発生率が高くなって目的を害する。

次に吹付ノズルによって細化し、空気中を飛しようする
球状の粒滓の滞空時間であるが、本発明者等の測定によ
ればほぼ２−７秒でよく、前記吹付ノズルのみによる飛
しようの場合の飛しよう距離で言えば水平距離において
１５ｍ以上であれば元号であるが、落下時における球状
粒滓の温度が比較的高い場合は、粒滓相互の再溶着を防
ぐため、落下地点において前述の通り撒水するとかある
いは広範囲に散乱させ粒滓相互があまり接触しないなど
の工夫が効果的である。

さて通常高炉滓は次の第４表に示すような組成を有し、
固化後破砕することによって砂のような粒状体となりや
すい性質を有することは周知の通りである。

而して本発明の目的の１つは、多量に発生する高炉滓か
ら有用なセメント原料をうろことにあり、他の目的は水
処理や乾燥が困難な水滓法でなく、水をほとんど必要と
しない乾式方法によってセメント原料をうろことにあり
さらに異なった他の目的は、セメント原料中間体として
運搬、貯蔵などが容易な粒滓を製造可能とする点にある
。

本発明における成分は通常の高炉滓が有するもので、本
発明は特に成分について改質の必要性がなく、本発明者
等の実験では、前記成分の限定範囲において性状品質に
ついて確実な再現性が認められた。

本発明における粒滓の詳細成分を次の第５表に示す。

ＭｎＯやＴｉＯ２、Ｓ、ＦｅＯなどの成分は比較的含有
量がすくなく、これらの変動が人工砂の物性に及ぼす影
響はすくない。

しかしながらＦｅ分が多くなると物性には変化が出てく
るものと推定される。

而して、本発明にがかる粒滓の特徴の１つは製造ままの
粒径が１０ｍｍ以下で、球状もしくはそれに近い形状を
なしていることであり、さらに第６表の粒度分布の表に
示す通り０．６〜５ｍｍ径のものが大部分であって、微
粉にするに当りクラツシングな容易な点があげられる。

次に本発明にかかる人工砂（粒滓）の物性について説明
する。

第７表は圧砕粉化率（％）の比較例である。

而して前記圧砕粉化率とは、１５０φ、１５０ｈのモー
ルドにある粒度範囲の原試料を軽装し、荷重１ｔｏｎを
１５ｓｅｃ維持したのち、試料を取り出し、元の粒度範
囲より小さく粉砕されたものの重量割合を百分率で表わ
したものである。

第７表から明らかなように、本発明にかかる人工砂は天
然の月妙に勝る圧砕粉化率を有するもので、換言すると
、川砂以上に硬く、緻密な物性を有しかかる人工砂が工
業的規模で供給された実例はない。

さて、本発明にかかる人工砂の比重について、絶乾比重
で比較した例を第８表に示す。

本発明にかかる人工砂は著しく比重が高く、これに匹敵
するのは、転炉滓（ＦｅＯの含有率が高い）を添加（こ
の例では４％添加）した高炉滓を自然放置し破砕して得
た細粒のみであるが、該細粒は第７表の圧砕粉化率の表
から明らかなように本発明にかかる人工砂に比較して砕
けやすい物性を有する。

次に単位体積重量（ｋｇ／ｍ３）比較を第９表に、吸水
量（％）の比較を第１０表に示す。

さて、本発明にかかる人工砂は参考図として添付した写
真に示すように球状でしかも平滑な表面を有することが
特徴の１つであるが、非晶質（ガラス化率）の度合が高
いことも特徴としている。

次の第１１表にサイズ別のガラス化率の１例を示す。

即ち、本発明にかかる人工砂は他の人工砂と比較して著
しくガラス化率の高いことが特徴であって、これ以上の
ガラス化率を示すものに周知の水滓がある。

こゝでガラス化率は、人工砂８８〜６２μに粉砕したも
のを偏光顕微鏡で見てガラスと結晶を区別しガラスの割
合を百分率で示したものである。

さて、前記人工砂はガラス化率が高いため周知のボール
ミル、ロッドミル、インパクトクラッシャー等の粉砕装
置によって容易に微粉砕することが可能である。

次に前記本発明にがかる粒滓を９０μ以下に微粉砕した
もの（以下単に風滓セメントと略称する。

）に対しポルトランドセメントを１．５倍量添加したも
のを用いてセメントの強さ試験を行った例を第１２表に
示す。

尚セメントの強さ試験はＪＩＳＲ５２０１による。

９０μ以下とする理由は９０μ以上ではセメントとして
の性能が著しく低下し、本発明の目的に反するからであ
る。

第１２表から明らかなように、本発明にかかる風滓セメ
ントはポルトランドセメントや高炉セメントの増量材と
して極めて有用であることが判る。

以上詳細に説明したように、本発明は安価な冶金炉滓特
に高炉滓から有用なセメント原料を製造する方法を提供
するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図、第３図は従来、一般的に用いられ
ていた周知の粒滓および水滓の製造手段を示すもので第
１図は回転ドラム式、第２図は高圧気体あるいは高圧液
体吹付式の製造装置、第３図は水滓製造装置を示す断面
図である。 第４図〜第５図は本発明の実施例を示すもので第４図お
よび第５図はそれぞれ異なった実施例を示す粒滓製造装
置の構成断面図および部分図、第６図は、吹付ノズル詳
細説明図、第７図は高温滓流下要領概要説明図、第８図
は風速と鉱滓線発生率の対比グラフである。 １・・・・・・高温滓、２・・・・・・回転ドラム、３
・・・・・・集積抵４・・・・・・樋、５・・・・・ノ
ズル、６・・・・・・冷却槽、７・・・・・・コンベア
、８・・・・・・鍋、８ａ・・・・・・出口樋、９・・
・・・・ブロワ−１１０・・・・・・吹付ノズル、１１
・・・・・・細化装置、１２・・・・・・風洞、１２ａ
・・・・・・ホッパー、１３・・・・・・誘引ブロワ−
１１３ａ・・・・・・誘引ファン、１４・・・・・・導
出管、１５・・・・・・分離槽、１５ａ・・・・・・取
出口、１６・・・・・・吸引管、１７・・・・・・衝突
板、１８・・・・・・脱硫装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ＳｉＯ２３１〜４２％、ＣａＯ３６〜４５％、Ａｌ
   ２Ｏ３９〜１７％、ＭｇＯ３〜１３％を主成分とする溶
   融高炉滓を常温の空気およびもしくは不活性気体で吹き
   とばし非晶質部７０％以上、比重２．７〜３．０、圧砕
   粉化率１．０以下、粒径０．１５〜１０ｍｍの滑らかな
   曲表面を有する球状硬質人工砂としたのち、該人工砂を
   ９０μ以下に微粉砕することを特徴とするセメント原料
   製造方法。 ２５ｉｎ２３１〜４２％、ＣａＯ３６〜４５％、Ａｌ２
   Ｏ３９〜１７％、ＭｇＯ３〜１３％を主成分とする１３
   ００〜１４５０℃の溶融高炉滓を、５〜３５ｍｍ厚の層
   流となし、風速５０〜２００ｍ／ｓの常温の空気および
   もしくは不活性気体で吹きとばし非晶質部７０％以上、
   比重２．７〜３．０、圧砕粉化率１．０以下、粒径０．
   １５〜１０ｍｍの清らかな曲表面を有する球状硬質人工
   砂としたのち、該人工砂を９０μ以下に微粉砕すること
   を特徴とする特許請求の範囲１項記載のセメント原料製
   造方法。