JPS6086374A - セメント原料焼成用ロ−タリキルン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は原料入口端側に仮焼炉を装備したサスペンショ
ンプレヒータを有するセメント原料焼成用ロータリキル
ンに係り、特にその勾配と回転速度との組合せにおいて
、勾配を従来のロータリキルンと同等以下に緩くすると
共に、回転速度を従来のロータリキルンよりも高速に保
つことにより、キルン内での原料の造粒機能の向上を図
ったロータリキルンを提供するものである。

第１図はセメント原料の予熱、焼成時に用いられる焼成
装置の一例を示す線図的系統図である。

この装置は主として原料予熱用粉末分離器Ｃ，〜Ｃ３、
及び粉末分離器ｃ４を付属した仮焼炉２を縦方向に配列
してなるサスペンションプレヒータ１と、クリンカ焼成
用のロータリキルン３、及びクリンカ冷却機４より構成
されている。

かかるクリンカ焼成装置においては、Ｃ，−ｃ３の粉末
分離器を経由しながら順次下降する原料粉末Ａ（その流
れを破線矢印で示す）は、その間に排ガス誘引通風機８
により吸引されてガスダクト７を上昇する熱風（その流
れを実線矢印で示す）によって徐々に予熱された後、仮
焼炉２へ供給される。仮焼炉２では抽気ダクト１３を通
してクリンカ冷却機４からの高温空気が導入されている
と共に、バーナ６ａから仮焼用燃料が供給されており、
これらの熱を受けて原料粉末Ａが仮焼される。

仮焼された原料粉末は最下段の粉末分離器Ｃ４に入り、
次いで接続ハウジング１２を経てロータリキルン３に導
入される。

ロータリキルン３にはクリンカ冷却機４からの高温空気
とバーナ６トからの焼成用燃料が導入されており、ロー
タリキルン３の原料入口端から出口端へ向けて移送され
る原料粉末は、ロータリキルン３内で高温の下に焼成を
受けてクリンカとなり、冷却機４に排出される。

排出されたクリンカは冷却機４の通気性格子１４上を移
送される過程で、押込送風機１０から送り込まれる冷風
によって冷却された後、破砕機１５で破砕され、コンベ
ア１６等によって次工程へ搬出される。又、クリンカ冷
却機４での余剰空気は誘引通風機９によって吸引され、
この中に含まれる微粉状のクリンカダストは集塵機１７
により分離され、成品クリンカに合流される。

この様なセメント原料焼成装置を構成するロータリキル
ン３は内面に耐火物が内張すされており、支持装置（図
示せず）によりキルン胴体３′の中心軸が水平面に対し
僅かに傾斜して支持され、駆動装置（図示せず）により
前記中心軸の周りに回転するように構成されており、又
その回転速度は焼成装置の運転状況に応じ最高回転速度
を基準として１：２以上の速度比で、特に１：３乃至ｌ
：１０程度の低速範囲まで調節できるように府っている
。

そして、仮焼炉２を有するサスペンションプレヒータ１
を原料人口端側に配設した前記セメント原料焼成方式に
用いるロータリキルン３では、他の焼成方式に比べてキ
ルン内容積当りの処理能力が大きく、またキルン胴体３
′用内張り耐火物の寿命が長い等数多くの利点を備えて
いる。

しかし反面かかる方式によるロータリキルン３で焼成し
たクリンカは粒度幅が広く、適正粒度の粗粒状クリンカ
の他に大径の塊状クリンカ及び細粒状クリンカも他の焼
成方式に比べてより多く含まれており、これに基づいて
焼成工程及び後続する粉砕工程における性能面及び成品
の品質面で種々の弊害をもたらしている。

即ち塊状、粗粒状及び細粒状クリンカはキルン内でのカ
スケード運動に際し夫々に特有の軌跡と熱履歴をとるた
めに焼は斑を生じ、例えば塊状クリンカの表層部は過焼
傾向にある反面、その中心部は焼成不足となっており、
又細粒状クリンカも焼成不足気味になる等、均質なりリ
ンガに焼成することが困難である。またロータリキルン
３から冷却機４へのクリンカの落下排出に際して、第２
図（第１図のｎ−ｎ矢視断面図）に示すように、矢印Ｘ
方向に回転するロータリキルン３により与えられる転動
作用を受けることにより、高温クリンカ１８はその粒度
に応じ分級されて通気性格子１４上へ層状に堆積する傾
向があり、ロータリキルン３が上向き回転となる側のク
リンカ冷却機４の側壁４ａ寄りに細粒状クリンカが偏っ
て集積する。

このように偏析した細粒状クリンカは冷却機４の長手方
向に移送され、側壁４ａに沿って通気性格子１４上に帯
状の細粒クリンカ層１９．を形成し、中央部から他方側
壁４Ｉ、（ロータリキルン３が下向き回転となる側のク
リンカ冷却機４の側壁）の近くにかけては粗粒クリンカ
Ｆｕｌ１９ｂが形成される。従って、これら粒度構成の
異なるクリンカ１ｉｌｌ　９ａ　、ｌ　９Ｉ、を通過す
る冷却空気の流れに偏りを生じる。

即ち、粗粒クリンカ１ｉ１９ｂは通気性が良好であるた
め冷却空気が多量に通過して過度に冷却されるが、細粒
クリンカ層１９．は通気抵抗が大で、冷却空気の通過が
妨げられるため冷却不充分となる。加えて細粒状クリン
カは通過する冷却空気により流動化されやすく、時とし
てクリンカ冷却機４の出口端側に向は赤熱状態のまま流
体の如く移動する。所謂　赤い河−と呼ばれるこの様な
帯状の細粒クリンカ層１９．は、クリンカ冷却機４とし
ての冷却効率を低下させ、冷却機４から排出されるクリ
ンカの温度を高めたり、焼成装置での燃料消費量を増す
だけでなく、当該細粒クリンカ１ｉ１９ａ部の通気性格
子１４、或いは側壁金物を部分的に過熱して焼損させる
ため、焼成装置の連続操業を阻害する主要因となってい
る。尚、２０は通気性格子１４の隙間から落下した細粒
状クリンカを運び出すためのコンベアである。

これに対し塊状クリンカは冷却機の出口端に到達した時
点でも塊の中心部が未だ赤熱状態にあり、破砕機１５で
破砕され赤熱破断面の露出したクリンカの一部が成品中
に混入して成品クリンカの平均温度を上昇させることに
なる。

この様に、塊状クリンカ及び細粒状久リンカは冷却機で
の冷却性能及び熱回収性能等の面で好ましくない影響を
与える。

更に焼成工程における不均質な焼成と不充分な冷却とは
、後続する粉砕工程における処理能力の低下と粉砕消費
動力の増加を招き、ひいては最終セメント製品の組成及
び温度面での品質にも影響を及ぼす。従ってロータリキ
ルン内においてできるだけ粒度幅の少ない粗粒状クリン
カを形成し、塊状及び細粒状クリンカを減少させる事は
焼成工程及び後続の粉砕工程での品質及び性能面、更に
は焼成装置の卜期連続操業のために非常に重要な要素で
ある。

ところが従来のロータリキルンにおいては、燃焼ガスか
ら原料への熱伝達機能、原料層内の均一加熱機能、及び
原料の輸送機能が主要な性能として注目され、ロータリ
キルンの寸法、即ち直径（耐火物内径を指す。以下同様
）と長さ、ロータリキルン回転中心軸の水平面に対する
勾配及びキルン胴体の回転速度等のロータリキルンの仕
様は主として上記各性能を満足する様に選定されている
が、ロータリキルン内での原料の造粒機能に対しては特
別な配慮が払われていない。

即ち特定能力に対するロータリキルン寸法はロータリキ
ルン内容積当りの処理能力及び径長比（キルンの直径と
長さとの比）に関する経験値に基づき主として熱伝達機
能面より選定されている。

又ロータリキルンの勾配と回転速度とはロータリキルン
内での原料占有率、従って滞留時間を所望の範囲に維持
しつつ原料を輸送し、且つ原料層内の加熱が均一に行わ
れる様に互いに関連して選定されている。例えばロータ
リキルンの勾配を太きな値に選ぶ場合には、所定の原料
占有率を確保しつつ一定量の原料を輸送するために必要
な回転速度は少なくて済むが、この場合キルン軸方向の
原料流れが不安定となるため、ロータリキルンの勾配は
従来一般に３．５％乃至４％程度に選定されている。

又ロータリキルンの回転速度を遅く選ぶ場合には、ロー
タリキルンの軸に対して直角方向の断面における原料層
内の均一な攪拌機能が不充分となり、原料層内の加熱度
合が不均一となる。この様な原料層の均一加熱の点では
、仮焼炉を付属しないサスペンションプレヒータ等の焼
成方式における経験より、ロータリキルンの回転速度は
１　、５ｒｐｍ程度以上にすれば十分である。ここで、
必要以上にキルンの回転速度を増す事は原料層の均熱性
が僅かに改善されるという効果はあるものの回転速度に
ほぼ比例して駆動動力が増すため、ロータリキルンの回
転速度は支障のない範囲で低い方が駆動動力の節減面か
ら得策である。

しかし仮焼炉を有するサスペンションプレヒータを配設
したロータリキルンでは、３．５％乃至４％の勾配の場
合に最高回転速度として一般に２．５ｒｐａｎ乃至３．
５ｒｐｍの回転速度が選ばれている。即ち、前述の如く
キルン軸方向の安定した原料流れを確保できる範囲で勾
配を大きくする場合にも、このような焼成方式によるロ
ータリキルンでは処理能力が大きいため、適正な原料占
有率を維持しつつ輸送機能を満足するためには上記の様
に高い回転速度を必要とするようになり、原料層内の均
一加熱条件は自動的に達成されることにな−る。従って
これ以上に緩い勾配を選び回転速度を増すことは０ 動力消費面及び回転部品の摩耗面等から不経済と考えら
れていた。

本発明は以上述べた様な従来のロータリキルンに対する
評価を打破し、従来は考慮されていなかったロータリキ
ルン内での原料の造粒作用に着目してロータリキルンを
一種の転勤式造粒機と看做し、ロータリキルンの回転速
度を造粒機能に適した高いレベルに維持する事によりロ
ータリキルンにおける造粒物の成長を促し、成品粒度の
幅を縮小させる事によってロータリキルン内で粒度の比
較的揃った粗粒状クリーン力を多く形成し、セメント製
造工程における品質、性能及び保守面での向上を図らん
とするもので、その要旨とする処が、仮焼炉を有するサ
スペンションプレヒータを原料人口端側に付属し、中心
軸が水平面に対して僅かに傾斜して支持され、且つ当該
中心軸の周りの回転速度を調節可能とし、この際その最
低回転速度を最高回転速度の５０％以下となるようにし
たセメント原料焼成用ロータリキルンにおいて、前記中
心軸の勾配を１．５％から３．５％の間にすると共１ に、最高回転速度をロータリキルン内造粒域における胴
体部分の耐火物内径を基準とした臨界回転速度に対して
２０％から４０％の間となした点にあるセメント原料焼
成用ロータリキルンを提供するものである。ここに最高
回転速度とは実際にロータリキルンを運転することので
きる最高回転速度である。

続いて図面を参照して本発明を具体化した実施例に付き
説明し、本発明の理解に供する。

即ち仮焼炉２付サスペンシヨンプレヒータ１で予熱及び
部分仮焼され、８３０℃乃至９００℃に加熱されたセメ
ント原料粉末は、続いてロータリキルン３内に供給され
、カスケード運動を行いながら出口端側へ向は移動する
間に加熱される。ロータリキルンの中間部付近において
１２００℃乃至１３００℃程度の温度領域に達した原料
粉末の一部は液相を生じて造粒作用を受け、最高温度が
１４５０℃程度に達するロータリキルン出口側の焼成帯
にかけ゛ζ造粒物の成長が行われる。この様なロータリ
キルン内での造粒現象に着眼すれば口９ 一タリキルンの中間部付近より出口側を一種の転勤式造
粒機と看做すことができる。

一般に転勤式造粒機の適正回転速度は臨界回転速度との
比で表される。ここに臨界回転速度とは、回転胴内の原
料が遠心力によりその内壁に押し付けられたまま胴体と
共に回転し、転勤運動をしなくなる限界の回転速度を意
味し、回転胴の有効直径をＤ　（ｍ）とする時、臨界回
転速度は４２．３／−７５（ｒｐｍ　）で与えられる。

この様な考えの下に従来の仮焼炉付サスペンションブレ
ヒータ１を有するロータリキルン３について回転速度を
整理した。この際、セメント原料焼成用ロータリキルン
３の場合には、臨界回転速度の基準となる有効直径りと
して、厳密にはキルン内造粒域におけるキルン胴体３′
に内張すされた耐火物の内面に形成される原料コーチン
グの平均内径を使用すべきであるが、実用的でないため
便宜上前記造粒域における内張り耐火物の内径を使用し
た。その結果仮焼炉付サスベンジ目ンプレヒータ１を原
料人口端側に配設した前記セメント３ 原料焼成方式になるロータリキルン３の回転速度は一般
に臨界回転速度の１０％乃至１５％程度となっているこ
とがわかった。

これに対して一般の円筒回転型転勤式造粒機の場合には
、その回転速度は臨界回転速度の２０％−以−上となっ
ており、中には臨界回転速度の６０％前後の回転速度で
使用されている例もある。即ち、従来のロータリキルン
では回転速度が転勤式造粒機に比較して遅く、適正な造
粒条件から外れているため造粒機能が十分には発揮され
ず、成品り°リンカの粒度幅が広くなり、塊状クリンカ
や細粒状クリンカを多く含む結果となっていたのである
。

この様な造粒機能を考慮したロータリキルンの適正回転
速度は、実際には原料組成に関する諸氏率、原料中の微
量成分とりわけアルカリ分とマグネシア分及び液相の量
等によって異なるが、中でもロータリキルン３への供給
原料の仮焼率が高い場合或いはロータリキルン３が寸法
的に大きい場合等、ロータリキルン４＊Ｉｌｉ面積当り
の原料処理量が多い場合には、処理能力比以上に適正回
転速度が４ 高くなる傾向にある。しかし必要以上に回転速度を増し
てもその効果は少なくなってくる反面、動力消費面及び
設備面での不利を生じるため、ロータリキルン３の回転
速度は臨界回転速度の４０％以下とする事が望ましい。

この様な理由により、ロータリキルン３の最高回転速度
を臨界回転速度に対して２０％から４０％の間とした場
合に良好な造粒条件が得られ、且つロータリキルンの回
転を高速化することによる機械的な不利を最小に抑える
ことができる。

次にロータリキルン３の勾配について説明すれば、従来
の仮焼炉付サスペンションプレヒータ１を有するロータ
リキルン３の勾配は一般に３％から４．５％の間にあり
、中でも３．５％から４％のものが大部分を占める。特
定のキルン回転速度に対してロータリキルン３の勾配は
キルン断面における原料占有率、従ってロータリキルン
３内での滞留時間を所望の範囲に維持できる様に決定さ
れ、前述の如くロータリキルン３の回転速度を造粒機能
に適した高速に選定する場合には、ロータリキルン３の
勾配を従来と同等以下に緩くし、１．５％から３．５％
の間に選定するのが望ましい。中でも回転速度との組合
せとして、キルンの勾配を２％から３％の間にすると共
に、最高回転速度を臨界回転速度に対して２０％から３
０％の間にするのが最も適切である。

さて、仮焼炉付サスペンションプレヒータ１を有するロ
ータリキルン３　（以下対象キルンと称す）において、
この様な勾配と回転速度にすることのセメント原料焼成
に特有の物理的意義について、仮焼炉を付属しないサス
ペンションプレヒータを有するロータリキルン（以下対
比キルンと称す）との比較において以下に説明する。対
象キルンは対比キルンよりもロータリキルンへの供給原
料の仮焼率が高く、従ってロータリキルン内で行う仮焼
反応が僅かであるためキルン内容積当りの処理能力が大
きく、同一寸法のロータリキルンであれば約２倍のクリ
ンカを生産できるのは周知の通りである。このため対象
キルンは対比キルンに比べてほぼ処理能力に比例した回
転速度で使用され、５ キルンの勾配及びキルン断面の原料占有率には両キルン
の間に顕著な差のないのが現状である。即ち、対象キル
ンでは対比キルンよりもキルン軸方向の原料移送速度が
約２倍となっている。一方、ロータリキルン内では原料
中に含まれる比較的低融点成分の酸化鉄、アルミナ、マ
グネシア、アルカリ等の化合物が液相を生じ、これを媒
体として造粒核が形成され、焼成帯に向は原料が移送さ
れる間に、この核の周囲に原料成分が順次結合又は付着
して粒状に成長するが、原料温度が更に上昇すると再び
固体相が増加するため、キルン内の特定区間に造粒域が
形成される。この様な造粒域の′長さはキルン軸方向の
原料温度分布にも関係するが、原料移送速度の速い対象
キルンでは、対比キルンよりも造粒域が長くなる。この
際、原料の流れ方向に見て造粒域の上流側において酸化
鉄等の造粒媒体が消費されてしまうために、下流側にお
いては珪酸分に富む原料が残り気味となり、造粒作用が
良好に行われ難くなる。この様な理由からキルン軸方向
のできるだけ短かい区域で造粒を行７ ６ う場合に比較的粒度の揃ったクリンカを得ることができ
、対比キルンでは対象キルンより回転速度が遅いにも拘
らず一般にクリンカの造粒状況が良好で、特に細粒状ク
リンカが少なくなる。キルン軸方向の造粒域を短くする
ためにはロータリキルンの勾配を従来と同等以下に緩く
すると共に、その回転速度を従来よりも高速化するのが
効果的であり、これにより一定区間内におけるカスケー
ド運動の回数が増し、転動作用による造粒の機会が増え
て良好な造粒が行われる様になる。

尚、以上の説明において直径の異なる胴体をつなぎ合わ
せたロータリキルンについては、臨界回転速度の算定基
準となるロータリキルン内径としてキルン内造粒域に対
応する部分の耐火物内張り内径を選定すれば良く、例え
ば第３図（ａ）に示すような直筒状胴体２１に比べて、
サスペンションプレヒータｌとの接続部ガス通路の断面
積を広くとるために入口端部における胴体２３の直径を
出口側胴体２４より大きくしたロータリキルン２２（第
３図（ｂ）参ｐ＠）や、逆にロータリキルン８ 焼成帯での熱負荷を低減するために出口側胴体２７の直
径を入口側胴体２６の直径より大きくしたロータリキル
ン２５　（第３図（Ｃ）参照）では、夫々造粒域を含む
胴体２４．２７の直径を使用する。図中、２８はロータ
リキルンの入口端部における原料の逆流を防止するため
の絞りである。またロータリキルンをその軸方向に複数
区分に分割して夫々別個に駆動する場合には、造粒域を
含む区分用のみを本発明に従って高速に回転させること
も可能である。

以上の説明において明らかとなった本発明の技術的範囲
は、図示し又は上記した仮焼炉付サスペンションプレヒ
ータの種類や仮焼炉での原料の仮焼度合、或いはクリン
カ冷却機の種類等には制限されず、例えば仮焼装置とし
て多段式のものや、冷却機として竪型充填層式のものを
使用することも可能で、この場合にもクリンカ粒度幅が
狭いため冷却空気の偏流等の操業上の問題を伴うことが
なく、これにより焼成工程での燃料消費量の低減を達成
することができる。

本発明は以上述べた如く、クリンカ形成時の造粒機能の
重要性に着眼して、仮焼炉を有するサスペンションプレ
ヒータを原料人目端側に付属し、中心軸が水平面に対し
て僅かに傾斜して支持され、且つ当該中心軸の周りの回
転速度を調節可能とし、この際その最低回転速度を最高
回転速度の５０％以下となるようにしたセメント原料焼
成用ロータリキルンにおいて、前記中心軸の勾配を１．
５％から３．５％の間にすると共に、最高回転速度をロ
ータリキルン内造粒域における胴体部分の耐火物内径を
基準とした臨界回数速度に対して２０％から４０％の間
となしたことを特徴とするセメント原回転成用ロータリ
キルンであるから、ロータリキルンに必要な熱伝達機能
、原料層の均−加熱機能及び輸送機能を満たした上にロ
ータリキルン内での造粒状況を著るしく改善することが
できるので、適正粒度の粒状クリンカの量が増大し、ク
リンカの粒度幅が狭くなり、また焼は斑が少なく均質な
クリンカが焼成され、更に細粒状クリンカ及び塊状クリ
ンカが減少するため、クリンカ冷却９ 機において通気性格子上のクリンカ層を貫流する冷却空
気の流れを冷却機の幅方向に均一化して冷却効率を向上
させると同時に、成品クリンカの温度が低下することに
より後続の粉砕工程における処理能力の増加と粉砕消費
動力の低減に効果があり、且つ最終セメント製品の組成
及び温度面での品質を向上させるものであり、更にクリ
ンカ冷却機における赤い河に基づく通気性格子や側壁金
物の焼損を防ぐ一方、ロータリキルンの高速回転に伴い
キルン内張り耐火物の最高上昇温度が低下するため耐火
物の寿命が延びることにより、従来よりも長期間に亘る
連続操業が達成できる等、キルン回転速度の増速に伴な
う駆動動力の増加を補って余りある多面的効果をあげる
ことができた。

【図面の簡単な説明】

第Ｆ図は仮焼炉を有するサスベンジ日ソプレヒータを原
料入口端側に配設したロータリキルンを含むセメント原
料焼成装置の一例を示す線図的系統図、第２図は第１図
におけるｍ、−ｎ矢視断面図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は
種々のロータリキルン１ ０ の形状を示す概略側面図である。 （符号の説明） １・・・サスペンションプレヒータ ２・・・仮焼炉 ３・・・ロータリキルン ４・・・クリンカ冷却機 １４・・・通気性格子　１５・・・破砕機１６・・・成
品コンベア　１９・・・クリンカ層１９ａ・・・細粒ク
リンカ層 １９し・・・粗粒クリンカ層。 ＼ 出願人　株式会社神戸製鋼所 代理人　弁理士　本庄　武勇 ２ 第１図 第２図 第３図 りｒｎ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）仮焼炉を有するサスペンションプレヒータを原料
   人口端側に付属し、中心軸が水平面に対して僅かに傾斜
   して支持され、且つ当該中心軸の周りの回転速度を調節
   可能とし、この際その最低回転速度を最高回転速度の５
   ０％以下となるようにしたセメント原料焼成用ロータリ
   キルンにおいて、前記中心軸の勾配を１．５％から３．
   ５％の間にすると共に、最高回転速度をロータリキルン
   内造粒域における胴体部分の耐火物内径を基準とした臨
   界回転速度に対して２０％から４０％の間となしたこと
   を特徴とするセメント原料焼成用ロータリキルン。
2. （２）上記勾配を２％から３％の間とする特許請求の範
   囲第１項に記載したロータリキルン。
3. （３）上記最高回転速度を臨界回転速度に対して２０％
   から３０％の間とする特許請求の範囲第１若しくは２項
   に記載したロータリキルン。
4. （４）上記最高回転速度が実際に運転しうる最高回転速
   度である特許請求の範囲第１項、第２項。 若しくは第３項に記載したロータリキルン。