JPH09507667A - セメントクリンカ製造において鉄鋼スラグを使用するための方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鉄鋼スラグがセメントクリンカを生成するためにロータリセメントキルンの供給口に供給される原料材料に添加され得る方法と装置。装置（１０）はフランジ（１４）により支えられたロータリキルン（１２）を含む。キルンは供給口（１６）及び加熱口（１８）を有する。燃料源（２０）はロータリキルンの加熱口内に炎（２２）を創る。セメント未加工材料はコンベア（２４）によりロータリキルンに運ばれる。

Description

【発明の詳細な説明】 「セメントクリンカ製造において鉄鋼スラグを使用するための方法と装置」 技術分野 本発明は、一般的に長いロータリキルンにおけるセメントクリンカの製造に関 する。特に、本発明は、原料及び鉄鋼スラグ(steel slag)の流れが前記キルンの 加熱口で熱の方へ移動するにしたがい、セメントクリンカを形成するために原料 材料中に溶融されかつ拡散されるように、石灰を含む原料材料の流れとともにキ ルンの投入口において、前記鉄鋼スラグが添加される従来の長い湿式又は乾式ロ ータリキルンにおけるセメントクリンカの製造のための方法及び装置に関する。 背景技術 米国特許第５，１５６，６７６において述べられているように、前記文献は、 セメント成分をか焼(calcining)及びクリンカ化(clinkering)が完遂できるプロ セスを十分に載せている。湿式であれ乾式であれロータリキルンを用いる典型的 なプロセスは周知である。前記キルンの投入又は供給口において実質的に均質な 混合物を提供するために、石灰石、土と砂、又はそれらに類似するもののセメン ト末加工材料は、微細に破砕され、そして密に混合される。キルンの加熱口が供 給口より下になるような角度で下方に傾けられている。キルンは一般的に、予備 か焼(precalcining)域、か焼域、クリンカ化域、そして冷却域を含む４つの操作 域を有する。従来の燃料は、予備加熱された空気と混合され、そして加熱口にお いてキルンに吹き込まれる。天然ガス、オイル又は粉末にされた石炭のような燃 料がセメント製造プロセスに一般的に使用されている。 微細に分割されたセメント未加工材料がその供給口においてロータリキルンへ 投入されるにしたがい、その材料は予備か焼域において周辺温度近くから約１０ ００°Fまで加熱される。この域では、か焼域からの燃焼ガスの熱が未加工の材 料の温度を上げるために用いられる。さらに、キルンにおいては、連鎖システム 又はそのようなものがキルンの内部に付属されることができ、そして前記ガスと 未加工材料との間の熱交換の効率を改善するために使用される。 未加工材料の温度は、それらがか焼域を通過するとき約１０００°Fから約２ ０００°Fまで上げられ、この域においてＣａＣｏ₃はＣＯ₂の放出とともに分解 される。 約２０００°Fの温度においてか焼された材料はついで、温度が約１５００℃ （２７３２°F）に上げられているクリンカ化又は燃焼域に投入される。前記主 要な未加工材料が、トリカルシウムシリケート、ジカルシウムシリケート、トリ カルシウムアルミネート(tricalcium aluminate)、及びテトラカルシウムアルミ ノフェライト(tetracaciumaluminoferrite)のような典型的なセメント化合物に 転化されるのは、この域においてである。セメントクリンカはついで、前記クリ ンカが冷却されそしてその後に破砕化によるようなさらなる加工されるクリンカ 化域を離れる。 さらに、セメント質材料として粉末にされた送風炉スラグの使用は１７７４年 までさかのぼる。鉄の製造において、送風炉は頭部から酸化鉄源、融剤石(fluxi ng stone)、及び燃料で充満させられる。二つの製品が炉から得られる。それは 、炉の底部において積もる溶融(molten)鉄と鉄のプールに浮いている液状鉄送風 炉(liquid iron blast-furnace)スラグである。両者は、周期的に約１５００℃ （２７３２°F）の温度で炉から抜き取られる。スラグは、融剤石からの酸化カ ルシウム及び酸化マグネシウムと組み合わされたシリカ及びアルミナから主とし てなる。モルタル又はコンクリートにおける用途のためのこのスラグのセメント 質活性は、その組成と溶融材料が炉から出て来るときに冷却されるときの比率に より測定される。 さらに、鉄鋼の製造において、液状鉄鋼スラグが鉄鋼のプールに浮くという同 様なプロセスが起きる。さらに、鉄鋼スラグは、酸化カルシウム及び酸化マグネ シウムと組み合わされたシリカ及びアルミナから主としてなる。鉄鋼スラグ及び 送風炉スラグの両方を処理することは、それらの製造者にとり大きな廃棄物問題 を提起する。 鉄鋼スラグ及び送風炉スラグの両方は、非常に堅い粒子からなる。鉄鋼スラグ はガラスを切るのに十分に堅い。送風炉スラグは、使用されるときは、常に微細 に粉末にされた形であった。このことは、多量のエネルギーがスラグを微細に粉 末にされた形に破砕しそして微粉化するために使用されなければならないことを 意味する。かかるプロセスは、米国特許第２、６００、５１５号に開示されてお り、それによれば送風炉スラグが、石灰石とともに微細に粉末にされた混合物で ロータリセメントキルンに供給であり、そしてキルンの炎の中に直接導入される 。スラグ粉末が同時に、そして燃料、すなわち微粉にされた石炭、重油又はガス と同じ経路によって吹き込まれる。このプロセスにはいくつかの不利な点がある 。最も重大な不利な点の一つは、炉の中に吹き込まれ得るように材料を微粉状に しそして乾燥するために莫大な量のエネルギーが必要とされることである。 鉄鋼スラグ及び送風炉スラグ中の化合物の多くは、セメント化合物と共通して おり、それらの生成熱はすでにそれそれのプロセスにおいて完遂されている。鉄 鋼スラグのＸ線回折分析は、その組成物が高度に融解した(fluxed)ベータ（β） ジカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化 合物は、ＣａＯの添加とともに、ロータリキルンの燃焼域において３ＣａＯ・Ｓ ｉＯ₂（Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。 鉄鋼スラグがセメントロータリキルンの運転に関して有害な影響がないことを 経験が示す。スラグが先に熱処理されそしてほとんどの揮発性材料、すなわち二 酸化炭素、炭素、揮発性有機物、及びそれらに類似するものは取り除かれている ので、ロータリキルンからの揮発性材料の放出は改善される。しかしながら、述 べたように、スラグの微細な破砕又は微粉化又は粉砕は、必要とされ、このよう にセメント製造プロセスに費用のかかる工程が付加される。 発明の開示 鉄鋼スラグ中の化合物の多くがセメント化合物と共通であることが長らく認識 されてきているため、そして鉄鋼スラグは大量に入手可能であり大きな廃棄物問 題を提起するために、現在必要とされる粉砕された状態よりもかなり粗大な状態 で使用可能であるなら、そしてその加熱口に代わってキルンの供給口においてキ ルンに供給される原料材料に添加され得るのであれば、セメント製造プロセスに おける鉄鋼スラグを使用することができることは有利なものとなるであろう。 本発明は、鉄鋼スラグのこのような用途を提供しそして原料材料とともにキル ンの投入口に供給される粗大なスラグを２インチまでの直径の成分の粗大な状態 にし、これによってスラグの微細な破砕、粉砕又は微粉化を提供するための必要 性の不利な点なしに、すべての鉄鋼スラグの使用の利点を得ることを提供する。 先に述べたように、経験はセメントロータリキルンの運転に関して有害な影響 がないことを示した。スラグが先に熱処理されそしてほとんどの揮発性材料、す なわち二酸化炭素、炭素、揮発性有機物、及びそれらに類似するものは取り除か れているので、ロータリキルンからの揮発性の材料の放出は改善される。鉄鋼ス ラグの以前の歴史ため、必要とされる鉄鋼スラグの化学はすでにセメント製造プ ロセスにおいて鉄鋼製造プロセスの間にこのように節約して使うエネルギーに到 達していた。このようにこのスラグの使用の多くの利点がある。第１に、先に述 べたように、いかなるスラグの微細な破砕、粉砕又は微粉化も必要としない。大 量の粗大なスラグは（ここで、粗大なスラグとは直径が２インチまでの成分を有 する鉄鋼スラグと定義される）、ロータリキルンへの通常の材料供給にわずかな 化学的変化を伴ってセメントクリンカ組成物に組み込まれ得る。破砕と篩い分け が、直径２インチを越えるスラグ粒子のためにのみ必要とされる。 第２に、スラグのいかなる乾燥も必要とされない。固有湿度は通常１％から６ ％の間変化する。湿式プロセスロータリキルンシステムにおいて、実質的な湿度 の低下及び節約は認められる。乾式プロセスロータリキルンシステムにおいて、 鉄鋼スラグが乾燥されることは必要とされない。 第３に、マッドリング(mud ring)又はクリンカの蓄積のためのキルンの閉塞は 経験していない。湿式及び乾式プロセスロータリキルンの両方において、粗大な 鉄鋼スラグが、キルンを通じて移動するにしたがい、材料の蓄積に関して清浄効 果を有する。 第４に、粗大な鉄鋼スラグは、最初の原料の一部として利用されることができ 、 その供給口においてキルンに導入される。鉄鋼スラグ及び湿式原料は、別個の材 料としてロータリキルンの供給口に注入され、そして予備混合なしにキルンの供 給口においてともに注入され得る。 第５に、原料組成においてほんのわずかな化学変化のみが、鉄鋼スラグに適応 させるために通常の原料に対して必要とされる。これは通常は原料が石灰の含有 量がより多いものでなければならないことを意味する。 第６に、粗大な鉄鋼スラグ化合物構造は、拡散によってロータリキルン内の熱 処理の間所望のセメントクリンカ構造に転換する。 第７に、鉄鋼スラグが溶融する低い温度のため及び鉄鋼スラグのいかなる破砕 又は粉砕も必要とされないため、鉄鋼スラグが利用されるときに実質的エネルギ ーの節約が認識される。 第８に、生産の増大は、利用される鉄鋼スラグの量に比例する。 第９に、ロータリキルンプロセスの環境状態は鉄鋼スラグの低揮発分含有の理 由により改善する。 第１０に、鉄鋼スラグの再利用は、それが入手可能な大量の鉄鋼スラグの重要 な用途を提供しそして現在の鉄鋼スラグの処分が環境問題を示すことから、環境 を改善する。 第１１に、エネルギーの節約、及び低コストの鉄鋼スラグの豊富な供給のため に、セメント製造のコストは実質的に低減される。 このように、鉄鋼製造プロセスの副産物である粗大な鉄鋼スラグを用いるセメ ントクリンカの製造のためのロータリキルンを運転するための改善された方法及 び装置を提供することが、本発明の目的である。 その供給口においてセメント製造ロータリキルンに粗大な鉄鋼スラグを導入す ることは、本発明のさらなる目的である。 直径で実質的に２インチの最大値から及びそれ以下の種々の粒子サイズを有す る粗大な鉄鋼スラグを使用することは、本発明のまたさらなる目的である。 このように本発明は、供給口及び加熱口、供給口に関して下方に傾けられた加 熱口を有する延長されたロータリセメントキルンを用いるセメントクリンカ製造 の方法、熱源からの熱をキルンの加熱口に導入すること、原料材料の流れがキル ンの加熱口において熱に向かって移動するように石灰を含む原料材料の流れをキ ルンの供給口に導入すること、及び原料材料と鉄鋼スラグの流れがキルンの加熱 口に向かって移動するにしたがい、鉄鋼スラグがセメントクリンカを形成するた めに熱により溶融され原料材料中に拡散されるように、キルンの加熱口において 原料材料の流れに予め決められた量の破砕され篩い分けられた鉄鋼スラグを添加 することの各工程からなる方法に関する。 本発明はまた、供給口及び加熱口を有し、加熱口は供給口に関して下方に傾け られているロータリセメントキルン、加熱口においてロータリキルンの内部を加 熱するための熱源、及び原料材料と鉄鋼スラグの流れがキルンの加熱口に向かっ て移動するにしたがい、鉄鋼スラグがセメントクリンカを形成するために原料材 料中に拡散されるように、石灰を含む原料材料と鉄鋼スラグを前記ロータリキル ンの供給口に導入するための運搬手段からなるセメントクリンカ形成のための装 置に関する。 図面の簡単な説明 本発明のこれら及び他のより詳細な目的は以下の図面の詳細な説明中により十 分に開示されるであろう。 図１は、原料材料と鉄鋼スラグが一緒にロータリキルンの投入口に供給される セメントクルンカを形成するための本発明のロータリキルンの基本的ダイヤグラ ム表示である。 図２は、原料材料と鉄鋼スラグが別個にロータリキルンの投入口に供給される ダイヤグラム表示である。 図３は、原料材料と鉄鋼スラグが組み合わされた混合物でキルンの投入口に供 給されるプロセスのフローチャート表示である。 図４は、原料材料と鉄鋼スラグが別個にロータリキルンの投入口又は供給口に 供給される代わりのプロセスのフローチャート表示である。 発明を実施するための最良の形態 本発明は、ロータリキルンの供給口において鉄鋼スラグを直径で最大２インチ 間での種々の粒子サイズで別個の構成要素としてキルンの供給に添加されること を許す。ほとんどの鉄鋼スラグは、直径で２インチ以下の粒子を有し、そしてこ のため破砕及び篩い分けプロセスは所望の最大粒子サイズとするためにのみ必要 とされる。本発明によれば、いかなる微細破砕、粉砕又は微粉化も必要とされな い。本発明は、ロータリセメントキルンプロセスにおいて従前に認識されていた よりかなり粗大な状態で種々の鉄鋼スラグの利用方法を提供する。このことは鉄 鋼スラグ中の化合物、すなわちＣ₂Ｓ及びそれらに類似するものにおける要素を セメントクリンカの肝要な部分となることを許容する。本技術分野の当業者によ って理解されるように、スラグの化学はセメントの全体にわたる構成要素の部分 として理解され制御されなければならない。そして原料に添加される鉄鋼スラグ の量は原料材料及びそれらの化合物とバランスされなければならない。 １００％スラグの実験室炉燃焼において、鉄鋼スラグの融点が測定されそして それはセメントキルンにおける使用の鍵である。表１にみられるように、融点は 、スラグを直径で２インチまでのかなり大きな粒子サイズでキルンの供給口に添 加されることを許容する２３７２°F／１３００℃であると測定された。 表１に掲げたテストは、およそ３／８インチのスラグサイズで各温度において １５分間行われたものである。テストの結果として、スラグは粒子サイズの理由 からロータリキルンのチェーンセクションにおいてスラリーを濃くしたり、マッ ドリングを起こしたり、又は灰損失(dust loss)を増大させたりはしないであろ うことが測定された。さらに、２．２％まで湿分含有量を引き下げるであろう。 鉄鋼スラグは、ロータリキルン内のか焼炉域と燃焼域との間のどこかで溶融し始 めそして他の未加工の材料と混合される。低融点のため、他の構成要素との化学 的組み合わせのために材料の８０％が２００メッシュの篩いを通過することを要 求する先行技術におけるように、この材料を破砕し、粉砕し又は微粉化する必要 はない。Ｃ₂Ｓ生成は既に鉄鋼スラグ中で完遂されており、Ｃ₃Ｓの生成はそれが 溶融する同一温度域でロータリキルン内で起こる．鉄鋼スラグのＸ線回折分析は 、組成が高度に融解した(fluxed)ベータ（β）ジカルシウムシリケート２ＣａＯ ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化合物は、ＣａＯの添加により、ロ ータリキルンの燃焼域において３ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。Ｃ₃ Ｓはセメント中で主要な強度負担(strength bearing)化合物である。 本発明の装置は、図１に示される。装置１０は、キルンとともに回転するフラ ンジ１４によって周知の方法で支持されたロータリキルン１２を含む。キルンは 、供給口１６及び加熱口又は燃焼域１８を有する。加熱口１８は、本技術分野に おいて周知のように供給口１６に関して下方に傾けられている。燃料源２０は、 およそ１５００℃（２７３２°F）の温度を提供するためにロータリキルン１２ の加熱口１８において炎２２を創り出す。石灰石、土(clay)、砂(sand)及びそれ らに類似するものなどセメント未加工材料又は原料は、種々のスピードコンベア ベルト２４によってロータリキルン１２へ運ばれる。湿潤スラリーが使用される ときには、種々のスピードコンベアベルト２４は、原料をグラインダ２６へそし てグラインダ２６からロータリキルン１２の供給口１６に運ぶであろう。周知の 化学プロセスがキルン１２の中で起こり、セメントクリンカ３０はさらなる加工 のためにキルン１２の加熱口１８から出ていく。汚染制御装置３２及び３４は、 本技術分野において周知であるが、キルン１２のそれそれ加熱口及び供給口にお いて存在する。加熱口１８において、汚染制御装置３２からでた廃ガス３８は大 気に 放出され、そして回収された廃生産物４０は再生される。 供給口１６において、汚染制御設備３４は放出される廃ガス３６を取り除き、 ４２において廃生産物を回収する。 本発明において、鉄鋼スラグは、ロータリキルン１２の供給口１６においてダ ストホッパ５６（図２）を通じて供給される原料材料４８に、種々のスピードコ ンベアベルトのような運搬装置４６により運ばれる。コントローラ２５は、鉄鋼 スラグ４４の適切な比率がその化学組成物に依存する原料に関連して与えられる ようにコンベアベルト２４と４６の速度を制御する。かかるコントローラは本技 術分野において周知であり詳細には議論しない。 図２は、ロータリキルン１２の投入口に鉄鋼スラグ及び原料の別個の供給を提 供する装置のダイヤグラム表示である。図２において、鉄鋼スラグ５０はホッパ ５２に投下されそして運搬システム５４により上向きに運ばれ、そこでダストホ ッパ５６を通じて回転するキルン１２の投入口１６に送り込むために５５におい て沈積される。 キルンの投入口への材料の供給は、あらゆる周知の方法で実施され得る。同様 な方法において、原料材料５８はホッパ６０に投下され、そこで運搬手段６２に よって上向きに運ばれ、ロータリキルン１２の投入口１６に供給するために６４ においてホッパ５６に投下される。図１、図２のいずれの装置も望ましい結果を 与える。 表２は、鉄鋼スラグの蓄積からランダムに取り出した鉄鋼スラグの６サンプル の化学分析結果を示す。無論、鉄鋼スラグの化学分析は、スラグに依存して表２ の値から変わり得る。 鉄鋼スラグは非常に均質でセメントの製造に適していることがわかる。また、 平均の遊離石灰が０．５０％であること、及び燃焼損失(Loss on Ignition,LOI) が１．４０であることがわかる。遊離の湿度は１％であり結合された湿度は１％ である。 鉄鋼スラグのＸ線回折分析は、その組成物が高度に融解したベータ（β）ジカ ルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化合物 は追加的ＣａＯを用いて燃焼域でトリカルシウムシリケート３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂ （Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。その反応は、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂＋ＣａＯ＋熱→３ ＣａＯ・ＳｉＯ₂である。Ｃ₃Ｓは、セメント中で主要な強度化合物である。 表３は、０％の鉄鋼スラグ、８９．６７％の石灰石、４．４２％の頁岩(shale )、４．９２％の砂、及び０．９９％の頁岩を有する原料のための典型的な混合 計算を示す。 表４は、５％のスラグの添加とともに９０．７９％の石灰石、３．６４％の頁 岩、５．３６％の砂、及び０．２１％の鉱石(ore)の原料のための混合計算を示 し、そして表５は、１０％のスラグの添加とともに９１．４３％の石灰石、２． ７５％の頁岩、５．８２％の砂、及び０％の鉱石の原料のための計算を示す。 表３、４及び５から明らかに、スラグの添加はセメントクリンカの製造のため の未加工材料として好適であることがわかる。 図３は、原料材料と鉄鋼スラグが図１に示したように、その供給口においてキ ルンに入る前に結合される本発明のプロセスを示す。工程７６において、原料材 料が供給され、工程８０において２インチの最大直径を得るため破砕され篩い分 けられた鉄鋼スラグと工程７８において結合される。結合された材料はそれから 工程８２においてロータリキルンの供給口に供給される。 図４において、プロセスは、鉄鋼スラグと原料を図２に示したように別個にロ ータリキルンの供給口に供給する。かかる場合、工程６６において原料材料が供 給されそして工程６８において運搬手段によってロータリキルンの投入口又は供 給口に運ばれる。鉄鋼スラグは、工程７２において２インチの最大直径を得るた めに破砕されそして篩い分けされ、そして生産物中の結果物は工程７４において ロータリキルンの投入口又は供給口に運ばれる。工程７０において、原料及び鉄 鋼スラグはセメントクリンカが形成されるまでロータリキルン中で加熱される。 このように、ロータリキルンの供給口への原料材料とともに、供給される粗大 な鉄鋼スラグの添加をともなうセメントクリンカを形成するための方法及び装置 を開示した。粗大な鉄鋼スラグとは、２インチの最大直径に破砕され篩い分けさ れた鉄鋼スラグとしてここに定義される。多くの利点が本発明により得られる。 いかなるスラグの微細な破砕、粉砕、又は微粉化も必要とされない。大量の２イ ンチ粒子サイズまでの粗大なスラグは、ロータリキルンに供給される通常の材料 において要求されるほんの小さな化学変化のみを伴ってセメントクリンカ組成物 に組み入れられ得る。 スラグのいかなる乾燥も必要とされない。固有湿度は普通１から６％の範囲で ある。湿式プロセスロータリキルンシステムにおいて、実質的湿度低下と節約が 認められる。乾式プロセスロータリキルンシステムにおいて、鉄鋼スラグは乾燥 され得るが、それは必要ではない。 本発明では、粗大な鉄鋼スラグが、初期の原料の部分としてロータリキルンを 通ってセメントクリンカの製造において利用され得る。鉄鋼スラグ及び湿式（又 は乾式）原料は、別個の材料としてロータリキルンの供給口に注入される。それ らはまた予備混合でキルンの供給入口において一緒に注入され得る。マッドリン グやクリンカの蓄積のためのキルンの閉塞は経験されなかった。湿式及び乾式プ ロセスロータリキルンの両方において、鉄鋼スラグはそれがキルンを通じて移動 するにしたがい材料の蓄積に関して清浄効果を有する。 鉄鋼スラグを適応するため、僅かな化学変化が通常の原料に必要とされるのみ である。このことは通常原料が石灰含量においてより豊富でなければならないこ とを意味する。粗大な鉄鋼スラグの化合物の構造は拡散によってロータリキルン 中で加熱処理の間に所望のセメントクリンカ構造に転換する。鉄鋼スラグの破砕 、粉砕、又は微粉化が必要とされないため、実質的エネルギー節約はセメントク リンカを製造するために本発明を使用して認識される。生産の増大は、利用され るスラグの量にほとんど比例する。さらに、ロータリキルンプロセスの環境状態 は、鉄鋼スラグの低揮発分含量のため改善する。さらに、鉄鋼スラグの再利用は 環境を改善し、そして鉄鋼スラグが貯蔵のために景色の莫大な面積を占領するよ り鉄鋼スラグのための有用な流出口を提供する。このように鉄鋼スラグの再利用 は環境を改善しそしてセメント製造のコストを実質的に低下する。 本発明が好適な具体例に関連して記述されてきたが、これは本発明の範囲を記 述された特定の形態に限定することを意図するものではないが、これに反して、 添付されたクレームによって定義される本発明の精神及び範囲の中に含まれ得る ような代替、改変、及び均等なものを含むことが意図されている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９５年８月１１日 【補正内容】 Ｐ．３ さらに、鉄鋼スラグは、酸化カルシウム及び酸化マグネシウムと組み合わされた シリカ及びアルミナから主としてなる。鉄鋼スラグ及び送風炉スラグの両方を処 理することは、それらの製造者にとり大きな廃棄物問題を提起する。 鉄鋼スラグ及び送風炉スラグの両方は、非常に堅い粒子からなる。鉄鋼スラグ はガラスを切るのに十分に堅い。送風炉スラグは、使用されるときは、常に微細 に粉末にされた形であった。このことは、多量のエネルギーがスラグを微細に粉 末にされた形に破砕しそして微粉化するために使用されなければならないことを 意味する。かかるプロセスは、米国特許第２、６００、５１５号に開示されてお り、それによれば送風炉スラグが、石灰石とともに微細に粉末にされた混合物で ロータリセメントキルンに供給され、そしてキルンの炎の中に直接導入される。 スラグ粉末が同時に、そして燃料、すなわち微粉にされた石炭、重油又はガスと 同じ経路によって吹き込まれる。このプロセスにはいくつかの不利な点がある。 最も重大な不利な点の一つは、炉の中に吹き込まれ得るように材料を微粉状にし そして乾燥するために莫大な量のエネルギーが必要とされることである。 鉄鋼スラグ及び送風炉スラグ中の化合物の多くは、セメント化合物と共通して おり、それらの生成熱はすでにそれぞれのプロセスにおいて完遂されている。鉄 鋼スラグのＸ線回折分析は、その組成物が高度に融解した(fluxed)ベータ（β） ジカルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化 合物は、ＣａＯの添加とともに、ロータリキルンの燃焼域において３ＣａＯ・Ｓ ｉＯ₂（Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。 鉄鋼スラグがセメントロータリキルンの運転に関して有害な影響がないことを 経験が示す。スラグが先に熱処理されそしてほとんどの揮発性材料、すなわち二 酸化炭素、炭素、揮発性有機物、及びそれらに類似するものは取り除かれている ので、ロータリキルンからの揮発性材料の放出は改善される。しかしながら、述 べたように、スラグの微細な破砕又は微粉化又は粉砕は、必要とされ、このよう にセメント製造プロセスに費用のかかる工程が付加される。 Ｐ．９ 表１に掲げたテストは、およそ３／８インチのスラグサイズで各温度において １５分間行われたものである。テストの結果として、スラグは粒子サイズの理由 からロータリキルンのチェーンセクションにおいてスラリーを濃くしたり、マッ ドリングを起こしたり、又は灰損失(dust loss)を増大させたりはしないであろ うことが測定された。さらに、２．２％まで湿分含有量を引き下げるであろう。 鉄鋼スラグは、ロータリキルン内のか焼域と燃焼域との間のどこかで溶融し始め そして他の未加工の材料と混合される。低融点のため、他の構成要素との化学的 組み合わせのために材料の８０％が２００メッシュの篩いを通過することを要求 する先行技術におけるように、この材料を破砕し、粉砕し又は微粉化する必要は ない。Ｃ₂Ｓ生成は既に鉄鋼スラグ中で完遂されており、Ｃ₃Ｓの生成はそれが溶 融する同一温度域でロータリキルン内で起こる．鉄鋼スラグのＸ線回折分析は、 組成が高度に融解した(fluxed)ベータ（β）ジカルシウムシリケート２ＣａＯ・ ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化合物は、ＣａＯの添加により、ロー タリキルンの燃焼域において３ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。Ｃ₃ Ｓはセメント中で主要な強度負担(strength bearing)化合物である。 本発明の装置は、図１に示される。装置１０は、キルンとともに回転するフラ ンジ１４によって周知の方法で支持されたロータリキルン１２を含む。 Ｐ．１３〜１６ 鉄鋼スラグのＸ線回折分析は、その組成物が高度に融解したベータ（β）ジカ ルシウムシリケート２ＣａＯ・ＳｉＯ（Ｃ₂Ｓ）であることを示す。この化合物 は追加的ＣａＯを用いて燃焼域でトリカルシウムシリケート３ＣａＯ・２ＳｉＯ₂ （Ｃ₃Ｓ）に転化され得る。その反応は、２ＣａＯ・ＳｉＯ₂＋ＣａＯ＋熱→３ ＣａＯ・ＳｉＯ₂である。Ｃ₃Ｓは、セメント中で主要な強度化合物である。 表３は、０％の鉄鋼スラグ、８９．６７％の石灰石、４．４２％の頁岩(shale )、４．９２％の砂、及び０．９９％の頁岩を有する原料のための典型的な混合 計算を示す。 表４は、５％のスラグの添加とともに９０．７９％の石灰石、３．６４％の頁 岩、５．３６％の砂、及び０．２１％の鉱石(ore)の原料のための混合計算を示 し、 そして表５は、１０％のスラグの添加とともに９１．４３％の石灰石、２．７５ ％の頁岩、５．８２％の砂、及び０％の鉱石の原料のための計算を示す。 表３、４及び５から明らかに、スラグの添加はセメントクリンカの製造のため の未加工材料として好適であることがわかる。 図３は、原料材料と鉄鋼スラグが図１に示したように、その供給口においてキ ルンに入る前に結合される本発明のプロセスを示す。工程７６において、原料材 料が供給され、工程８０において２インチの最大直径を得るため破砕され篩い分 けられた鉄鋼スラグと工程７８において結合される。結合された材料はそれから 工程８２においてロータリキルンの供給口に供給される。 図４において、プロセスは、鉄鋼スラグと原料を図２に示したように別個にロ ータリキルンの供給口に供給する。かかる場合、工程６６において原料材料が供 給されそして工程６８において運搬手段によってロータリキルンの投入口又は供 給口に運ばれる。鉄鋼スラグは、工程７２において２インチの最大直径を得るた めに破砕されそして篩い分けされ、そして結果として合わされた最終生産物は工 程７４においてロータリキルンの投入口又は供給口に運ばれる。工程７０におい て、原料及び鉄鋼スラグはセメントクリンカが形成されるまでロータリキルン中 で加熱される。 このように、ロータリキルンの供給口への原料材料とともに、供給される粗大 な鉄鋼スラグの添加をともなうセメントクリンカを形成するための方法及び装置 を開示した。粗大な鉄鋼スラグとは、２インチの最大直径に破砕され篩い分けさ れた鉄鋼スラグとしてここに定義される。多くの利点が本発明により得られる。 いかなるスラグの微細な破砕、粉砕、又は微粉化も必要とされない。大量の２イ ンチ粒子サイズまでの粗大なスラグは、ロータリキルンに供給される通常の材料 において要求されるほんの小さな化学変化のみを伴ってセメントクリンカ組成物 に組み入れられ得る。 スラグのいかなる乾燥も必要とされない。固有湿度は普通１から６％の範囲で ある。湿式プロセスロータリキルンシステムにおいて、実質的湿度低下と節約が 認められる。乾式プロセスロータリキルンシステムにおいて、鉄鋼スラグは乾燥 され得るが、それは必要ではない。 本発明では、粗大な鉄鋼スラグが、初期の原料の部分としてロータリキルンを 通ってセメントクリンカの製造において利用され得る。鉄鋼スラグ及び湿式（又 は乾式）原料は、別個の材料としてロータリキルンの供給口に注入される。それ らはまた予備混合でキルンの供給入口において一緒に注入され得る。マッドリン グやクリンカの蓄積のためのキルンの閉塞は経験されなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 供給口及び加熱口を有する延長されたロータリセメントキルンを用いるセメ ントクリンカ製造の方法であって、前記加熱口が前記供給口に関して下方に傾け られており、前記方法が、加熱源からの熱をキルンの前記加熱口に向けること、 原料材料の流れが前記キルンの加熱口において前記熱に向かって移動するように 前記キルンの供給口に石灰を含む原料材料の流れを導入すること、及び原料材料 及び鉄鋼スラグの流れが前記加熱口の方へ移動するにしたがい、セメントクリン カを形成するために鉄鋼スラグが前記熱により溶融され前記原料材料に拡散され るように、前記キルンの供給口においてある量の破砕されかつ篩い分けされた鉄 鋼スラグを前記原料材料の流れに添加することの各工程からなることを特徴とす る方法。 ２ 請求項１の方法がさらに、前記原料材料の流れへの添加のために最大直径が 実質的に２インチである粒子を得るために前記鉄鋼スラグを破砕しかつ篩い分け する工程を含むことを特徴とする方法。 ３ 請求項１の方法において、前記鉄鋼スラグが前記原料材料から別個の材料と して前記供給口に添加されることを特徴とする方法。 ４ 請求項１の方法において、前記キルンの前記供給口に導入されるに先だって 、前記鉄鋼スラグ及び前記原料材料が混合されることを特徴とする方法。 ５ 請求項１の方法がさらに、原料材料及び鉄鋼スラグの流れを受けるために湿 式プロセスロータリキルンを用いる工程を含むことを特徴とする方法。 ６ 請求項１の方法がさらに、原料材料及び鉄鋼スラグを受けるために乾式プロ セスロータリキルンを用いる工程を含むことを特徴とする方法。 ７ 請求項１の方法において、前記鉄鋼スラグが２ＣａＯ・ＳｉＯ₂（Ｃ₂Ｓ）の 化学組成を有することを特徴とする方法。