JP2013071865A - 人工軽量骨材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】破砕鉱石、シラス等の焼成原料を竪型焼成炉の焼成室で焼成して人工軽量骨材を得る人工軽量骨材の製造方法において、焼成原料の均一分散化をより確実にすると共にクリンカーの発生を抑制して、生産性良くサイズにバラつきのない微粒バルーンを製造する方法を提供する。
【解決手段】シラス原石等からなる焼成原料と、珪砂等からなる耐熱粒子とを混合機９３で均一に混合して混合原料を得る。得られた混合原料を炉本体１の下端部から焼成室２内に圧縮空気と共に投入する。投入された混合原料に含まれる焼成原料を焼成室２内で焼成発泡し、人工軽量骨材を得る。混合原料を構成する焼成原料と耐熱粒子とは、重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、破砕鉱石やシラス等の焼成原料を焼成して人工軽量骨材を製造する人工軽量骨材の製造方法に関するものである。

従来より、破砕鉱石やシラス等の焼成原料を焼成して軽量骨材等の微粒バルーンを製造する場合に、焼成原料を構成する微粒子同士が凝集して焼成炉内に融着し、クリンカー（焼塊）が形成され、焼成炉内が閉塞或いは狭小化することによって歩留まりが低下する等の生産効率の低下が問題であった。この問題を解決すべく、これまで種々の工夫がなされてきた。

例えば、特許文献１には、直立バーナのノズル口よりも下方にある供給口から原料細粒を投入すると共に、焼成炉本体の側部にある吹込み口から原料細粒よりも大きい粒径の固体粒子を投入することによって、原料細粒の過度の温度上昇を防ぐと共に、原料細粒の均一分散化を実現し、焼成炉内の狭小化及びクリンカーの生成の抑制を図る竪型焼成炉が開示されている。

特開平１１−５１５７０号公報

しかしながら、特許文献１の竪型焼成炉では、焼成条件を検討及び調整する場合において、上記固体粒子の投入量によっては原料細粒が受ける炉内温度が安定せず、形成された微粒バルーンのサイズにバラつきが生じ易くなる虞がある。

また、特許文献１の竪型焼成炉では、原料細粒が焼成炉内を上昇しながら発泡する途中で固体粒子のみが炉本体側部から一方に投入されるため、炉内気流が乱れ易くなり、均一分散化やクリンカー抑制効果が十分とは言えない。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたもので、その目的は、焼成原料の均一分散化をより確実にすると共にクリンカーの発生を抑制して、生産性良くサイズにバラつきのない微粒バルーンを製造する方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、予め焼成原料が耐熱粒子と混合されて均一分散化された混合原料を焼成室に投入して焼成発泡させるようにした。尚、上記の耐熱粒子は、珪砂、セラミック粒子、アルミナボール等であって、焼成温度以上でも物質変化せず、且つ、耐衝撃性を有する粒子である。つまり、耐熱粒子は、竪型焼成炉において生成したバルーンと共に吹き上げられ、その後、ふるい分けて回収されて再度利用されるため、熱に耐えて変質せず、更に強度の劣化しない粒子である。

すなわち、この請求項１の発明では、破砕鉱石、シラス等の焼成原料を竪型焼成炉の焼成室で焼成して人工軽量骨材を得る人工軽量骨材の製造方法であって、上記焼成原料と耐熱粒子とを混合して混合原料を得る工程と、上記混合原料を圧縮空気と共に上記焼成室内に投入する工程と、投入された上記混合原料に含まれる上記焼成原料を焼成して発泡させる工程と、を含むことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、予め焼成原料と耐熱粒子とを混合して均一分散化させた混合原料を投入して焼成発泡させるので、炉内において焼成原料を確実に均一分散化させて焼成発泡させることができ、焼成原料の微粒子同士が溶融してクリンカーとなるようなことがなく、且つ、サイズにバラつきのない微粒なバルーンを形成できる。

また、請求項１の発明によれば、焼成原料と同時にその焼成原料に混合された耐熱粒子を投入しているので、仮に焼成原料を構成する微粒子が溶融して焼成炉の壁面に付着したとしても、この耐熱粒子が当該壁面に付着した溶融焼成原料に衝突してショット効果により壁面から剥がすようになり、このことにより、クリンカーの生成を防止することができる。尚、耐熱粒子も混合原料内で均一分散しているので、該耐熱粒子を炉内においても均一分散させて、上記壁面に均一に万遍なく接触（衝突）させることができる。

請求項２の発明の人工軽量骨材の製造方法では、上記第１の発明の人工軽量骨材の製造方法において、上記焼成原料と上記耐熱粒子とは、重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合されていることを特徴とする。

この請求項２の発明によれば、焼成原料と耐熱粒子とを重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合した混合原料を焼成発泡させるので、サイズにバラつきのない安定した微粒なバルーンを生産性良く得ることができる。耐熱粒子が焼成原料に対して重量比で２割を超えると、焼成原料が相対的に少なくなり、生産性が低下する一方、０．５割を下回ると、耐熱粒子が相対的に少なくなり、上記請求項１の発明の効果を得られないからである。

以上説明したように、請求項１の発明の人工軽量骨材の製造方法によると、予め焼成原料と耐熱粒子とを混合して均一分散化させた混合原料を投入して焼成発泡するので、炉内において確実に均一分散化させて焼成発泡させることができ、焼成原料を構成する粒子同士が溶融してクリンカーとなるようなことがなく、且つ、サイズにバラつきのない微粒なバルーンを形成できる。また、焼成原料と同時に耐熱粒子を投入しているので、焼成原料が溶融して焼成炉の壁面に付着したとしても、耐熱粒子が該壁面に付着した溶融原料に衝突して該壁面から剥がすことにより、クリンカーの生成を防止することができる。尚、耐熱粒子も混合原料内で均一分散しているので、該耐熱粒子を炉内においても均一分散させて、上記壁面に均一に万遍なく接触させることができる。

請求項２の発明の人工軽量骨材の製造方法によると、焼成原料と耐熱粒子とを重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合した混合原料を焼成発泡させるので、サイズにバラつきのない安定した微粒なバルーンを生産性良く得ることができる。

本発明の実施形態で使用する竪型焼成炉の要部を概略的に示す断面図である。 インジェクションフィダーの構造を示す拡大断面図である。 焼成室下端でのノズル開口部の構造を示す平面図である。 シラスバルーン製造後の竪型焼成炉内部の写真であって、同図（ａ）は実施例における写真であり、同図（ｂ）は比較例における写真である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は本発明の実施形態において使用する竪型焼成炉の一例を示し、１は円筒状の炉本体であって、該炉本体１は、垂直に配置された垂直部１ａと、該垂直部１ａの上端に一端が接続され、水平に配置された水平部１ｂとからなり、内部には焼成室２が形成されている。上記炉本体１の水平部１ｂの他端は燃焼ガス中から焼成後の軽量骨材を分離除去するためのサイクロン６が接続されている。

上記炉本体１の垂直部１ａの下端側壁部には火炎口３が焼成室２に臨んで開口され、この火炎口３は燃焼ガス流路４を経てバーナ５に連通されている。このバーナ５には図示していないが、連通管を介して送風機及び燃料供給装置が接続されており、燃料供給装置から送られた燃料を送風機から送られた空気（１次空気）とバーナ５で混合して燃焼させて燃焼炎５ａ及び燃焼ガスを生成し、その高温の燃焼ガスを燃焼炎５ａと共に燃焼ガス流路４及び火炎口３を介して焼成室２内にその下端部から供給するようになされている。

上記炉本体１の垂直部１ａ下端には、垂直部１ａ下端の底壁を貫通して垂直方向に延びる１本のノズル７の一端（下流端）が開口されている。このノズル７は、焼成室２に真珠岩、ヒル石、ケツ岩等の破砕鉱石やシラス等よりなる細粒の焼成原料と、珪砂等よりなる耐熱粒子とを均一に混合した混合原料を投入するものである。ここで、耐熱粒子とは、珪砂、セラミック粒子、アルミナボール等であって、８００℃以上でも物質変化がなく、且つ、耐衝撃性を有する粒子のことである。図３に示すように、ノズル７の炉本体１の垂直部１ａ内に突出した部分は、耐火煉瓦からなる耐火壁８により間隔をあけて同心状に覆われている。この耐火壁８により、火炎口３からのバーナ燃焼炎５ａが直接ノズル７に当たって該ノズル７が劣化するのを防ぐようになっている。

上記ノズル７の他端（上流端）は、炉本体１の垂直部１ａ下方に配置した原料槽１０内の上部に連通されている。この原料槽１０は基本的に密閉状のもので、その内部は原料を圧送する原料供給装置９に配管１１を介して接続されており、原料供給装置９から圧送された原料を一時的に原料槽１０に溜めるようになっている。

原料供給装置９は、図１に示すように、原石ホッパー９１と、耐熱粒子ホッパー９２と、混合機９３と、を備えている。原石ホッパー９１及び耐熱粒子ホッパー９２は、混合機９３の上に配置され、各底部がそれぞれ配管９４，９４を介して混合機９３と接続されている。原石ホッパー９１及び耐熱粒子ホッパー９２にそれぞれ投入された焼成原料及び耐熱粒子は、配管９４，９４を通じて混合機９３にそれぞれ供給され、該混合機９３によって混合されて混合原料となる。混合されて均一分散化された混合原料は、配管１１を通じて原料槽１０に供給される。

上記ノズル７の中間部には圧縮空気作動のインジェクションフィダー１２が設けられている。このインジェクションフィダー１２は、図２に拡大詳示するように、ノズル７の壁部に周方向に略等間隔をあけて貫通配置された複数の空気吐出孔１３，１３，…を有している。この各吐出孔１３は、ノズル７の外周面側から内周面側に向かって上方、つまりノズル７下流側に向かうように傾斜状態に形成されている。また、ノズル７外周部において各吐出孔１３に対応する部分には、ノズル７よりも大径のカバー部１４が各吐出孔１３の開口を覆うように同心状に配置され、このカバー部１４の上下端部は中心側に折り曲げられてノズル７外周部に気密状に接続されており、このカバー部１４とその内側のノズル７との間に各吐出孔１３と連通する圧力室１５が形成されている。そして、カバー部１４には、圧力室１５と連通する空気導入口１６が貫通形成され、この空気導入口１６は、図外の圧縮空気供給装置に配管１７を介して接続されており、この圧縮空気供給装置からの圧縮空気を圧力室１５に供給してノズル７の各吐出孔１３からノズル７内に噴出させることにより、そのノズル７の上流端部及びその上流端部が配置された原料槽１０内を負圧として、その原料槽１０内の混合原料を後述の排熱ガスと共にノズル７に吸い上げ、その混合原料をノズル７により圧縮空気と共に炉本体１の焼成室２下端部に供給して燃焼炎５ａないし燃焼ガス中に投入し、該燃焼炎５ａないし燃焼ガスによって混合原料に含まれる焼成原料を加熱して焼成発泡により人工軽量骨材を生成し、この人工軽量骨材を燃焼ガス流ないしノズル７からの空気流によって上方に圧送して水平部１ｂに送られ、その後、サイクロン６により燃焼ガスと分離される。

また、上記炉本体１の焼成室２内で得られた排熱ガスを原料槽１０に吹き込む排熱ガス供給装置１９が設けられている。この排熱ガス供給装置１９は、一端（下流端）が上記原料槽１０内の空間部に開口された排熱ガス供給管２０を有し、この排熱ガス供給管２０の他端（上流端）は上記サイクロン６よりも燃焼ガス流での下流側部分に接続されており、サイクロン６下流部と原料槽１０内の空間との差圧により、焼成室２で生成される排熱ガスを排熱ガス供給管２０を介して原料槽１０内にその内部の混合原料が吹き上げられるように供給する。

さらに、炉本体１の垂直部１ａ外周部には、その内部の焼成室２壁面を所定温度になるように冷却する冷却装置２３が設置されている。従って、加熱されて溶融した溶融焼成原料が生成されたとしても、その溶融焼成原料は冷却された焼成室２壁面に衝突すると瞬時にその表面が冷却されて固化するため、溶融焼成原料の炉壁への付着を抑制できる。

−人工軽量骨材の製造方法−
次に、上記竪型焼成炉を用いて人工軽量骨材を製造する方法について説明する。この人工軽量骨材の製造方法は、（１）焼成原料と耐熱粒子とを均一に混合して混合原料を得る原料混合工程と、（２）この混合原料を圧縮空気と共に焼成室２内に投入する原料投入工程と、（３）投入された混合原料に含まれる焼成原料を焼成して発泡させる焼成発泡工程と、を含む。以下、各工程について説明する。

（１）原料混合工程
先ず、上記原石ホッパー９１及び耐熱粒子ホッパー９２にそれぞれ焼成原料及び耐熱粒子を投入し、混合機９３で両者を混合して均一分散化された混合原料を得る。

焼成原料として平均粒径が１０μｍ以下のシラス原石を用いると、平均粒径２０μｍの微粒なシラスバルーンが得られる。

また、耐熱粒子の平均粒径は８０μｍ〜８００μｍが好ましく、特に１５０μｍ〜６００μｍが好ましい。耐熱粒子の平均粒径が８０μｍより小さいと分級し難く、その回収が困難となり、８００μｍより大きいと竪型焼成炉において耐熱粒子の吹き上げが困難となって分散性が低下し、本発明の効果が得られず、更に、耐熱粒子の回収が困難となるからである。

更に、混合原料を構成する焼成原料と耐熱粒子との割合は、重量比で１０：０．５乃至１０：２が好ましい。耐熱粒子が焼成原料に対して重量比で２割を超えると、焼成原料が相対的に少なくなり、生産性が低下する一方、０．５割を下回ると耐熱粒子が相対的に少なくなり、本発明の効果が得難くなるからである。従って、例えば、焼成原料として平均粒径１０μｍ以下のシラス原石を用いると共に、耐熱粒子として１５０μｍ〜６００μｍの珪砂を用いる場合、シラス原石と珪砂とを重量比で１０：１の割合で混合するとよい。

（２）原料投入工程
次に、混合機９３から負圧の原料槽１０内に供給された上記混合原料をノズル７で吸い上げ、該混合原料を該ノズル７によって上記圧縮空気供給装置からの圧縮空気と共に焼成室２下端部に投入する。

このとき、インジェクションフィダー１２の作動により、圧縮空気供給装置からの圧縮空気がカバー部１４の空気導入口１６を介して圧力室１５に供給され、この圧力室１５からノズル７中間部の各吐出孔１３を経てノズル７内に噴出される。この各吐出孔１３は、ノズル７の内周面側に向かって上方に向かうように傾斜されているので、この圧縮空気のノズル７内への噴出に伴い、その圧縮空気がノズル７内を上方に向かって高速で流れ、その上端開口部から焼成室２の下端部に２次空気として供給される。また、ノズル７の下端は原料槽１０内に連通しているので、上記圧縮空気のノズル７内への噴出に伴い、そのノズル７の吐出孔１３の位置よりも下側部及びその下端部が配置された原料槽１０内は負圧となり、この負圧によって原料槽１０内の混合原料をノズル７に吸い上げる。そして、このノズル７内に吸い上げられた混合原料を、上記ノズル７内に噴出される圧縮空気と合流させて焼成室２下端部に投入する。

このように、混合原料がノズル７により圧縮空気と共に焼成室２下端に供給され、従来のように固体粒子のみが炉本体側部から一方に投入されないので、焼成室２内で気流が乱れることがない。

（３）焼成発泡工程
続いて、上記焼成室２下端部に投入した上記混合原料に含まれる焼成原料を、上記バーナ５の燃焼炎５ａないし燃焼ガスによって加熱して焼成し、発泡させて人工軽量骨材を生成する。最後に、上記サイクロン６で燃焼ガスと分離して人工軽量骨材を得る。

このように、混合原料を圧縮空気と共に焼成室２内に投入することにより、焼成原料が焼成室２内で偏在することなく確実に均一分散化されて焼成発泡するので、焼成原料を構成する微粒子同士が溶融してクリンカーとならず、且つ、サイズにバラつきのない微粒なバルーンを形成することができる。

また、焼成原料と同時に耐熱粒子を焼成室２内に投入し、焼成しているので、焼成原料を構成する微粒子が溶融して焼成室２壁面に付着したとしても、上記耐熱粒子が該壁面に衝突するショット効果によって該壁面に付着した溶融焼成原料を剥がすようになり、このことにより、クリンカーの発生を防止することができる。

また、焼成原料だけでなく耐熱粒子も混合原料内で均一分散しているので、耐熱粒子を焼成室２壁面に均一に万遍なく接触（衝突）させることができる。

また、焼成室２に対し、ノズル７により２次空気を供給しながらその２次空気中に混合原料を混入して投入するので、その混合原料に含まれる焼成原料は焼成室２内でバーナ５からの燃焼ガスに直接接触して焼成されることになる。しかも、ノズル７による２次空気及び焼成原料の供給が同時に行われるので、焼成原料の加熱が不均一になって加熱不足による未発泡焼成原料が焼成室２内に滞在することがなく、焼成が安定して行われ、その効率が向上する。

更に、上記のように焼成室２内で気流が乱れることがないため、焼成原料が均一に分散され、それによって、クリンカーの発生が抑制される。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、混合原料を構成する焼成原料と耐熱粒子とは、重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合されていたが、これに限定されず、両者の重量比が当該範囲外の比であってもよい。但し、サイズにバラつきのない安定した微粒なバルーンを生産性良く得るためには、両者の重量比が上記範囲内にあるのが望ましい。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

次に、具体的に実施した実施例について説明する。

（実施例）
本発明の実施例として、上記竪型焼成炉を使用してシラスバルーンの生成を行った。本実施例で使用した竪型焼成炉の詳細は上記実施形態で説明した通りなので説明を省く。

先ず、焼成原料として平均粒径が１０μｍ以下のシラス原石を用意した。また、耐熱粒子として平均粒径が１５０μｍ〜６００μｍの珪砂を用意した。そして、原石ホッパー及び耐熱粒子ホッパーにそれぞれ上記シラス原石及び上記珪砂を入れて、混合機でシラス原石と珪砂とを重量比で１０：１の割合で混合して混合原料を得た。得られた混合原料を圧縮空気と共に焼成室内に投入し、焼成温度８００℃で焼成発泡させ、シラスバルーンを得た。投入速度は１０ｋｇ／ｈｒであり、連続投入時間は４時間であった。得られたシラスバルーンを確認したところ、シラスバルーンは確実に発泡していた。また、シラスバルーン製造後の竪型焼成炉内部を確認した。シラスバルーン製造後の竪型焼成炉内部の写真を図４（ａ）に示す。この図４（ａ）から分かるように、発生したクリンカーは極めて少量しか認められず、また、クリンカーによる炉本体内部の狭小化及び閉塞は認められなかった。従って、シラスバルーンが確実に発泡すると共に炉本体内部におけるクリンカーの発生はなかった。

（比較例）
上記実施例と比較するための比較例として、以下の手順でシラスバルーンの生成を行った。本比較例で使用した竪型焼成炉の詳細は上記実施形態で説明した通りなので説明を省く。

先ず、焼成原料として平均粒径が１０μｍ以下のシラス原石を用意した。そして、このシラス原石を原石ホッパーに入れた。このシラス原石を圧縮空気と共に焼成室内に投入し、上記実施例と同じく焼成温度８００℃で焼成発泡させ、シラスバルーンを得た。投入速度は１０ｋｇ／ｈｒであり、連続投入時間は４時間であった。シラスバルーン製造後の竪型焼成炉内部を確認した。シラスバルーン製造後の竪型焼成炉内部の写真を図４（ｂ）に示す。この図４（ｂ）から分かるように、大きなクリンカーの発生が認められ、クリンカーによる炉本体内部の狭小化が認められた。上記実施例及び比較例により、予め焼成原料と耐熱粒子とを混合して均一分散化された混合原料を焼成室に投入して焼成発泡するようにしたことにより、クリンカーの生成が抑制されることが確認できた。

以上説明したように、本発明に係る人工軽量骨材の製造方法は、焼成原料の均一分散化をより確実にすると共にクリンカーの発生を抑制して、生産性良くサイズにバラつきのない微粒バルーンを製造することが必要な用途等に適用することができる。

１ 炉本体
２ 焼成室
３ 火炎口
５ バーナ
７ ノズル
９ 原料供給装置
９１ 原石ホッパー
９２ 耐熱粒子ホッパー
９３ 混合機
１０ 原料槽
１２ インジェクションフィダー
１３ 空気吐出孔
１９ 排熱ガス供給装置
２３ 冷却装置

Claims (2)

1. 破砕鉱石、シラス等の焼成原料を竪型焼成炉の焼成室で焼成して人工軽量骨材を得る人工軽量骨材の製造方法であって、
   上記焼成原料と耐熱粒子とを混合して混合原料を得る工程と、
   上記混合原料を圧縮空気と共に上記焼成室内に投入する工程と、
   投入された上記混合原料に含まれる上記焼成原料を焼成して発泡させる工程と、
   を含むことを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。
2. 請求項１記載の人工軽量骨材の製造方法において、
   上記焼成原料と上記耐熱粒子とは、重量比で１０：０．５乃至１０：２の割合で混合されていることを特徴とする人工軽量骨材の製造方法。