JP2011026174A - 石膏を窯前に吹き込むことによるセメントクリンカの焼成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 SO₃含有量の高い燃料を用いることなく、クリンカのSO₃含有量を調整するとともに、廃石膏ボード粉末を産業廃棄物にせずに有効活用する方法を提供する。
【解決手段】 石膏をセメント焼成炉の窯前から焼成炉内に導入する。導入する方法としては、ロータリーキルンの窯前に備えた専用の吹き込みノズルまたはメインバーナの主燃料以外のポートに空気流によりロータリーキルン内に吹き込む方法がよい。用いる石膏としては廃石膏ボード粉末が好適に用いられる。
【選択図】なし

Description

本発明は、セメントクリンカの焼成方法に係るものであり、セメントクリンカに必要となるSO₃成分を石膏から確保する技術に関する。

セメントクリンカの焼成において、求められるクリンカの性状によっては、クリンカ中のSO₃含有量をある程度高くするよう調整することが望ましい場合がある。例えば早強セメントのクリンカを焼成する場合は、SO₃含有量を多くすることで初期強度発現性のよいクリンカが得られることが知られている。

クリンカ中のSO₃含有量を高くするには、原料のSO₃組成を高くするように調整するほか、セメント焼成の燃料にオイルコークスなどのSO₃含有量の高いものを使用するといった方法がある。すなわち、オイルコークスの微粉末をセメント焼成炉のクリンカ排出口側（窯前）に設置されたバーナに供給して燃焼させる。しかしながら、近年の燃料事情では、オイルコークスのようなSO₃含有量の高い燃料は次第に入手が困難になりつつある。

一方、建築物の天井や壁材として広く用いられている石膏ボードは、建築物の解体などによって廃棄物となるが、従来は、廃石膏ボードを破砕した上でその表面の紙を分離し、産業廃棄物として処分されるのが一般的であった。たとえば特許文献１には、廃石膏ボードを破砕した上で、石膏は安定型最終処分場に、分離された紙は管理型処分場に処分する技術が開示されている。

セメント製造工程において、廃石膏ボードに由来する石膏を利用することも行われているが、従来は、セメントクリンカに添加する凝結調整剤としての利用が一般的であった。例えば特許文献２では、廃石膏ボードから表面の紙を分離した石膏をセメントの仕上げミルに投入する技術が開示されている。また特許文献３では、石膏ボード廃材をセメント焼成炉から取り出されて余熱を有するクリンカ上に添加して紙を燃焼して除去し、その上でクリンカとともに粉砕する技術が開示されている。

また、特許文献３では、廃石膏ボードのように繊維（紙）を含む廃棄物を、繊維の影響を受けないようにするため、ロータリーキルンの窯尻部、ロータリーキルンの前段に設けた仮焼炉またはロータリーキルンの前段に位置するプレヒータに投入する技術が開示されている。この場合、廃石膏ボードの石膏に由来するSO₃は、他のセメント原料に取り込まれてクリンカ成分の一部となると思われる。しかし、石膏をプレヒータや窯尻に投入すると、焼成帯の温度低下によるフリーライムの増加や硫黄分の揮発・濃縮によるドラフト障害の可能性があり、クリンカ品質の低下が生じたり、キルンの安定操業に対する障害となったりすることが懸念される。

特開２０００−２７１５６２号公報 特開２００３−１３７６１９号公報 特開２００４−４３１９３号公報 特開２００３−２７０５号公報

本発明の課題は、以上のような背景に鑑み、クリンカのSO₃含有量を必要に応じて高めるための新たな方法を提供するとともに、廃石膏ボードなどから得られる石膏廃材を有効に利用するための方法を提供することにある。

本発明の発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討を行い、石膏をセメントクリンカ焼成炉の排出口すなわち窯前から導入すれば効果的であることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、セメントクリンカの焼成工程において、石膏をセメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側から焼成炉内に導入することを特徴とする、セメントクリンカ焼成方法である（請求項１）。

石膏の導入は、セメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側に設けた吹き込みノズルを通じて空気流とともに導入する方法としてもよい（請求項２）。

石膏は、廃石膏ボードを粉砕した粉末状の石膏であることが好適である（請求項３）。

また、本発明は、 ロータリーキルンのクリンカ排出口側に、主燃料をバーナに供給する手段と併設して、石膏を空気流によりロータリーキルン内に圧送する手段を備えてなることを特徴とする、セメントクリンカ焼成炉に関する（請求項４）。

本発明によれば、クリンカに含まれるSO₃含有量を高め、初期強度発現性に優れたクリンカを得ることができる。また、石膏の硫黄分が揮発することによるセメントクリンカ焼成設備への悪影響を生じさせることなく、焼成設備の安定運転を保ったまま、廃石膏ボードの有効利用量を増大させることができる。

本発明においては、石膏をセメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側（窯前）から焼成炉内に導入する。焼成炉としては、典型的にはロータリーキルンである。ロータリーキルン内の窯前には、バーナが設置され、バーナから燃料を噴出させつつ燃焼することで、キルン内部をセメントクリンカの焼成に適した高温に保っている。セメント焼成において主燃料として用いら入れるのは微粉炭の場合が多い。また、セメント原料はロータリーキルン内部で焼成反応を行いながら窯尻から窯前へと移動し、窯前の排出口から排出される。

石膏をロータリーキルンの窯前側からキルンに導入すると、石膏はバーナの熱で分解されながらキルンの内部を進み、そのSO₃成分はキルン内部の焼成工程途中にあるセメント原料に取り込まれ、最終的にはクリンカの成分の一部となる。この結果、クリンカのSO₃含有量が大きくなり、そのクリンカを初期強度発現性に優れたセメントの製造に用いることができる。例えば早強セメントの製造には有用である。

石膏をセメント焼成炉のクリンカ排出口側からキルンに導入すると、バーナの炎による高温にさらされ、急速に分解する。分解の結果生じたカルシウム成分およびSO₃成分はいずれもセメントクリンカに取り込まれる。そのため、当該カルシウム成分やSO₃成分がセメント焼成設備に影響を与えることはない。また、石膏の導入量にもよるが、導入された石膏はセメントクリンカに取り込まれる前にバーナの高温の炎にさらされることになるため、セメント原料の焼成反応には直接関与しない。そのためキルン内部の温度低下を防ぐことができる。

キルンの温度低下を招くことのない石膏の導入量は、バーナの性能やクリンカの生産量にもよるが、おおむねクリンカ1tあたり1.8kg,から6.0kgの範囲である。このほかに、セメントクリンカの望ましいSO₃含有量に応じて調整するのはもちろんであるが、セメント原料にはじめから含まれるSO₃量と焼成過程の前段で揮発するSO₃量を考慮して窯前に導入する石膏量を定めればよい。

石膏をセメントクリンカ焼成炉内に導入する方法はいろいろ考えられるが、窯前に設置した吹き込みノズルを通じて空気流による圧送するのが効果的である。この場合、石膏は圧送に適した粒度の粉末状にするのが好適である。吹き込みノズルとしては、例えば、焼成用のメインバーナに近接した位置に設けた専用ノズルとしてもよく、メインバーナと一体的に形成したものでもよい。または、メインバーナに主燃料以外の吹き込みポートがある場合はそこに圧送管を挿入してもよい。この場合、吹き込まれた石膏は直後にバーナの炎の中を通って直ちに分解されるので、いっそう好ましい。

本発明で利用する石膏は、限定されないが、廃石膏ボードを粉砕した粉末状の石膏（廃石膏ボード粉末）がよい。具体的には、廃石膏ボードの表面の紙を機械的にはがしたあと、粉砕して粉末状とする。粉末の粒度は、前述したように圧送に適した粒度であれば問題ない。廃石膏ボードには紙の繊維が若干混入することは避けられないが、その紙の繊維も含めて圧送できる程度に粉砕されていれば、本発明で用いる廃石膏ボード粉末として利用することができる。混入している紙の繊維は、セメント焼成炉に導入されたときにバーナの炎により速やかに燃焼し、セメントクリンカの性状に影響を与えることはない。また、石膏ボードには諸々の有機混和材が含まれていることが普通だが、これらの有機混和材も、同様にセメント焼成炉内で速やかに燃焼・分解するため、問題ない。廃石膏ボード粉末を利用することで、セメントクリンカのSO₃含有量の調整だけでなく、廃石膏ボードを産業廃棄物として処分することなく、有効利用することができる。

本発明においては、廃石膏ボード粉末のほか、排脱石膏などの各種の石膏を利用することができる。廃石膏ボード粉末同様、圧送に好適な程度の粉末状の石膏が好ましい。

廃石膏ボード粉末を空気流により圧送する場合、水分を含んでいると固結して圧送の障害となることがある。そのため、廃石膏ボード粉末はできるだけ乾燥するのが望ましい。固結の防止には、廃石膏ボードの含水量を10wt％以下とするのがよい。

セメントクリンカ焼成用のロータリーキルンにおいて、窯前側に設置されているメインバーナの内部（キルンバーナ重油ポート）に廃石膏ボードの圧送管を挿入し、該圧送管を通じて廃石膏ボード粉末を空気流によりロータリーキルンに圧送した。廃石膏ボード粉末は微粉と粗粉が混在しており、粗粉の最大粒径は5mm程度であった。また、紙と思われる繊維状粒子も若干混入していた。
一方、比較のために、排脱石膏をロータリーキルン窯尻のシュートから投入する試験もあわせて行った。
試験の各条件の概略と、その結果とを表1に示す。

廃石膏ボード粉末を0.8t/hの速度で窯前バーナに圧送すると、ロータリーキルンから排出されるクリンカのSO₃含有量は0.3％から0.5％に上昇した。これにより、このクリンカを用いたセメントの初期強度発現性が向上することが期待され、早強セメント用のクリンカとしては好ましい範囲であった。

一方、廃石膏ボードを圧送している間、ボトムサイクロンにおけるSO₃濃度は2.0％上昇したが、キルン排ガスの電気集塵機出口のSOx濃度に変化はなく、プレヒータ等のコーチング付着も少なく、良好な運転状況であった。また、キルンバーナフレームに乱れは見られず、キルンの焼点温度、落口クリンカ温度、キルン電流にも大きな変化は見られなかった。すなわち、廃石膏ボード粉末の吹き込みを開始する前後でキルンの運転状況に特段の変化がないことが確認された。

これに対し、排脱石膏を窯尻のシュートから投入した場合、ボトムサイクロン原料のSO₃濃度が大きく上昇した。このため、より長時間の連続投入を行うと、ボトムサイクロン内のコーチング増加が予想される。また、キルン内の熱履歴が変化し、クリンカ品質のためには好ましくない結果となった。

本発明は、セメントクリンカ焼成プロセスにおいて、SO₃含有量の高い燃料を用いることなくクリンカのSO₃含有量を調整する場合に有用である。また、廃石膏ボードをセメントクリンカ焼成炉で連続的に有効利用することが可能である。

Claims (4)

1. セメントクリンカの焼成工程において、石膏をセメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側から焼成炉内に導入することを特徴とする、セメントクリンカ焼成方法。
2. 石膏の導入が、セメントクリンカ焼成炉のクリンカ排出口側に設けた吹き込みノズルを通じて空気流とともに導入する方法であることを特徴とする、請求項１に記載のセメントクリンカ焼成方法。
3. 石膏は、廃石膏ボードを粉砕した粉末状の石膏であることを特徴とする、請求項１または２に記載のセメントクリンカ焼成方法。
4. ロータリーキルンのクリンカ排出口側に、主燃料をバーナに供給する手段と併設して、石膏を空気流によりロータリーキルン内に圧送する手段を備えてなることを特徴とする、セメントクリンカ焼成炉。