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JP5867929B2 - Method for producing γ-2CaO · SiO 2 - Google Patents
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JP5867929B2 - Method for producing γ-2CaO · SiO 2 - Google Patents

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Description

本発明は、主に、セメント混和材として利用可能なγ−2CaO・SiOの製造方法に関する。The present invention mainly relates to a method for producing γ-2CaO · SiO 2 that can be used as a cement admixture.

セメント・コンクリートの耐久性に関して、以前にも増して大きな関心を集めている。本発明者らは、セメント・コンクリートの耐久性を著しく向上させるために、γ−2CaO・SiOをセメント混和材として提案している(コンクリート工学年次論文集、vol.26、No.1,2004年)。γ−2CaO・SiOをセメント混和材として活用することで、コンクリート構造物の早期劣化を招く、中性化や塩害の抑制に大きな効果をもたらす。このため、γ−2CaO・SiOの利用に関して大きな期待が寄せられている。More attention has been given to the durability of cement and concrete than ever before. In order to significantly improve the durability of cement and concrete, the present inventors have proposed γ-2CaO · SiO 2 as a cement admixture (Concrete Engineering Annual Papers, vol. 26, No. 1, 2004). By using γ-2CaO · SiO 2 as a cement admixture, it has a great effect on neutralization and suppression of salt damage, which causes early deterioration of concrete structures. For this reason, great expectations are placed on the use of γ-2CaO · SiO 2 .

γ−2CaO・SiOを活用するためには、その工業的な製造方法を確立する必要がある。しかしながら、γ−2CaO・SiOの合成方法については、研究レベルでの知見はあるものの、工業的な製造方法についてはあまり検討が行われていないのが実状である。ましてや、大量に、しかも、連続的にγ−2CaO・SiOを製造する方法については皆無に等しい。In order to utilize γ-2CaO · SiO 2 , it is necessary to establish an industrial production method. However, as for the synthesis method of γ-2CaO · SiO 2 , although there is knowledge at the research level, the actual manufacturing method has not been studied so much. In addition, there is nothing about a method for producing γ-2CaO · SiO 2 continuously in large quantities.

これまで、γ−2CaO・SiOの製造方法としては、石灰質原料と珪酸質原料の混合物100重量部に対して、グラファイト粉末や無定形炭素粉末を0.5〜5重量部添加し、これを窯尻の酸素濃度を3%以下にしてロータリーキルンで焼成する方法が提案されている(特許文献1)。しかしながら、この方法は、原料に炭素を加えるため、焼成後の製造物に炭素が残存したり、焼成温度が高くなると石灰質原料と炭素との反応によりカルシウムカーバイドが副生するという課題があった。炭素が残存すると、セメント混和材として利用する場合に、減水剤や高性能減水剤を炭素が吸着し、流動性に悪影響を与える。カルシウムカーバイドが副生する場合は、水と接すると引火性のアセチレンガスを発生するために安全性の面で取り扱いが困難になる場合があった。So far, as a method for producing γ-2CaO · SiO 2 , 0.5 to 5 parts by weight of graphite powder or amorphous carbon powder is added to 100 parts by weight of a mixture of calcareous raw material and siliceous raw material. There has been proposed a method of firing in a rotary kiln with an oxygen concentration of the kiln bottom of 3% or less (Patent Document 1). However, since carbon is added to the raw material in this method, there is a problem in that carbon remains in the product after baking or calcium carbide is by-produced by the reaction between the calcareous raw material and carbon when the baking temperature is high. If carbon remains, when used as a cement admixture, the carbon adsorbs a water reducing agent or a high performance water reducing agent, which adversely affects fluidity. When calcium carbide is produced as a by-product, flammable acetylene gas is generated when it comes into contact with water, which may make handling difficult in terms of safety.

また、特許文献1の方法では、γ−2CaO・SiOの生成の目安となるダスティング現象から判定されるγ−2CaO・SiOの純度もそれほど高くないものであった。具体的には、ダスティングの程度を表す指標として、40μmの通過率を測定しているが、最大でも80%程度であった。このように、特許文献1の方法はγ−2CaO・SiOの工業的製造方法として十分なものではなかった。Further, in the method of Patent Document 1, even gamma-2CaO · a measure of SiO 2 generated da gamma-2CaO of · SiO 2 purity is determined from Sting phenomena were those not so high. Specifically, a 40 μm passage rate was measured as an index representing the degree of dusting, but the maximum was about 80%. Thus, the method of Patent Document 1 is not sufficient as an industrial production process of γ-2CaO · SiO 2.

最近では、γ−2CaO・SiOの製造方法に関して、より純度の高い、しかも、工業的に生産性が高く、安定した品質の製品が得られる合理的な方法の開発が強く求められている。Recently, regarding a method for producing γ-2CaO · SiO 2 , there has been a strong demand for the development of a rational method capable of obtaining a product with higher purity, industrial productivity, and stable quality.

日本特開昭61−256913号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 61-256913

本発明は、γ−2CaO・SiOの製造方法に関して、より純度の高い、しかも、工業的に生産性が高く、安定した品質の製品が得られる合理的な方法を提供する。The present invention provides a rational method for producing a product of higher quality, industrially high productivity, and stable quality with respect to a method for producing γ-2CaO · SiO 2 .

本発明者らは種々検討を重ねた結果、特定の原料を選定し、特定の粒度としたものを造粒し、特定のレンガや特定のモルタルを焼成帯に使用したロータリーキルンで焼成することにより、γ−2CaO・SiOが生成することを見出した。As a result of various investigations, the present inventors have selected a specific raw material, granulated one having a specific particle size, and fired with a rotary kiln using a specific brick or specific mortar as a firing zone, γ-2CaO · SiO 2 has been found to be generated.

本発明は以下の構成を要旨とするものである。
(1)CaOとSiOを主成分とし、CaO/SiOモル比が1.8〜2.2であって、1000℃に加熱後のAlとFeの合計の含有量が5質量%未満であり、粒度を150μm通過率で90質量%以上とした原料を造粒し、造粒した原料を、マグネシア−スピネルレンガ、Al含有率が85質量%以上のアルミナ質レンガ、炭化ケイ素質レンガ、マグネシア−スピネルモルタル、およびAl含有率が85質量%以上のアルミナ質モルタルからなる群から選ばれる少なくとも1種以上のレンガ又はモルタルを焼成帯の内面に使用したロータリーキルンにて、焼点温度1350〜1600℃で焼成する、40μm通過率が85%以上であるγ−2CaO・SiOの製造方法。
(2)上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにマグネシア−スピネルレンガを使用する上記(1)に記載の製造方法。
(3)上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにAl含有率が85質量%以上のアルミナ質レンガを使用する上記(1)に記載の製造方法。
(4)上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガに炭化ケイ素質レンガを使用する上記(1)に記載の製造方法。
(5)上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにマグネシア−スピネルモルタルを塗布したレンガを使用する上記(1)に記載の製造方法。
(6)上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにAl含有率が85質量%以上のアルミナ質モルタルを塗布したレンガを使用する上記(1)に記載の製造方法。
(7)原料のCaO/SiOのモル比が1.85〜2.2.15である上記(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法。
(8)1000℃加熱後の原料が、2質量%未満のFeを含有する上記(1)〜(7)のいずれかに記載の製造方法。
(9)原料が、100μm通過率で90質量%以上の粒度を有する上記(1)〜(8)のいずれかに記載の製造方法。
(10)水/原料の質量比が(0.1〜0.3)/1の水を使用して造粒する上記(1)〜(9)のいずれかに記載の製造方法。
(11)1400〜1500℃の焼点温度で焼成する上記(1)〜(10)のいずれかに記載の製造方法。
(12)ロータリーキルンの焼成帯のレンガ表面のモルタルが、5〜10mmの厚みである上記(1)、(5)〜(10)のいずれかに記載の製造方法。
(13)造粒した原料を、ロータリーキルンの焼成帯に連続的に供給しつつ、焼成物を連続的にロータリーキルンから取り出す上記(1)〜(12)のいずれかに記載の製造方法。

The gist of the present invention is as follows.
(1) CaO and SiO 2 as main components, CaO / SiO 2 molar ratio is 1.8 to 2.2, and the total content of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 after heating to 1000 ° C. Is less than 5% by mass, granulated raw material having a particle size of 90% by mass or more with a 150 μm passage rate, and the granulated raw material is magnesia-spinel brick, Al 2 O 3 content is 85% by mass or more of alumina. At least one or more bricks or mortar selected from the group consisting of quality bricks, silicon carbide bricks, magnesia-spinel mortar, and alumina mortar with an Al 2 O 3 content of 85% by mass or more are used for the inner surface of the firing zone was in a rotary kiln and calcined at burn point temperature 1350-1,600 ° C., 40 [mu] m pass of 85% or more in a γ-2CaO · SiO 2 of the manufacturing method.
(2) The manufacturing method as described in said (1) in which the said rotary kiln uses a magnesia-spinel brick for the brick of a baking zone.
(3) The rotary kiln process according to the above (1) to the brick in Al 2 O 3 content ratio of the burned zone using 85 wt% or more alumina bricks.
(4) The manufacturing method as described in said (1) in which the said rotary kiln uses a silicon carbide brick for the brick of a baking zone.
(5) The manufacturing method as described in said (1) in which the said rotary kiln uses the brick which apply | coated the magnesia spinel mortar to the brick of a baking zone.
(6) The rotary kiln is, the production method according to (1) using a brick firing zone Al 2 O 3 content was applied 85 wt% or more alumina mortar bricks.
(7) The process according to any one of the molar ratio of CaO / SiO 2 of the raw material is 1.85~2.2.15 above (1) to (6).
Raw material after (8) 1000 ° C. heating method according to any one of the above containing Fe 2 O 3 less than 2% by weight (1) to (7).
(9) The manufacturing method in any one of said (1)-(8) in which a raw material has a particle size of 90 mass% or more by 100 micrometer passage rate.
(10) The production method according to any one of (1) to (9), wherein granulation is performed using water having a water / raw material mass ratio of (0.1 to 0.3) / 1.
(11) The production method according to any one of (1) to (10), wherein firing is performed at a baking temperature of 1400 to 1500 ° C.
(12) The manufacturing method according to any one of (1) and (5) to (10) above, wherein the mortar on the brick surface of the firing zone of the rotary kiln has a thickness of 5 to 10 mm.
(13) the granulated material, while continuously supplied to the firing zone of the rotary kiln, producing how according to any of the above taking out the calcined product continuously from the rotary kiln (1) to (12).

本発明のγ−2CaO・SiOの製造方法によれば、純度が高く、しかも、工業的に生産性が高く、安定した品質のγ−2CaO・SiOを合理的に製造することが可能となる。According to the method for producing γ-2CaO · SiO 2 of the present invention, it is possible to rationally produce γ-2CaO · SiO 2 having high purity, industrially high productivity and stable quality. Become.

本発明における部や%は特に規定しない限り質量基準で示す。
本発明で云うγ−2CaO・SiOとは、CaOとSiOを主成分とする化合物のうち、ダイカルシウムシリケート(2CaO・SiO)の一種である。ダイカルシウムシリケートには、α型、αプライム型、γ型、γ型が存在する。本発明は、γ型のダイカルシウムシリケートに関する。
Unless otherwise specified, parts and% in the present invention are shown on a mass basis.
Γ-2CaO · SiO 2 referred to in the present invention is a kind of dicalcium silicate (2CaO · SiO 2 ) among compounds mainly composed of CaO and SiO 2 . Dicalcium silicate includes α type, α prime type, γ type, and γ type. The present invention relates to γ-type dicalcium silicate.

本発明では、CaO原料とSiO原料を主成分として用いる。主成分とは、好ましくは原料中のCaOとSiOとの合計含有量が、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上であり、これ以外の成分の含有量はなるべく少ないことを意味する。
CaO原料としては、炭酸カルシウム、水酸化カルシウム、または酸化カルシウムを使用することができる。SiO原料としては、ケイ石微粉末、粘土、シリカフューム、フライアッシュ、非晶質シリカ、その他、各産業から副生するシリカ質の物質を選定できる。
本発明では、不純物の存在を限定することが好ましい。具体的には、CaO原料やSiO原料から混入するAlやFeの合計が、1000℃加熱後の原料で、5%未満である必要がある。AlやFeの合計が、4%未満であることがより好ましく、3%未満であることが最も好ましい。殊に、Feの含有量は、1000℃加熱後の原料で、2%未満であることが好ましく、1.5%未満であることがより好ましく、1%未満であることが最も好ましい。AlやFeの合計が、1000℃加熱後の原料に対して、5質量%未満でないと、β−2CaO・SiOが生成しやすく、γ−2CaO・SiOの純度が悪くなる。特に、Feの影響が大きいため、AlとFeの合計が、1000℃加熱後の原料に対して5質量%未満であることに加えて、Feの含有量は、1000℃加熱後の原料に対して、2質量%未満であることが好ましい。Feの含有量は、1000℃加熱後の原料に対して1.5質量%未満以下になると、格段に品質安定性が高まる。
In the present invention, a CaO raw material and a SiO 2 raw material are used as main components. The main component preferably means that the total content of CaO and SiO 2 in the raw material is preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and the content of other components is as small as possible. .
As the CaO raw material, calcium carbonate, calcium hydroxide, or calcium oxide can be used. As the SiO 2 raw material, siliceous fine powder, clay, silica fume, fly ash, amorphous silica, and other siliceous substances by-produced from each industry can be selected.
In the present invention, it is preferable to limit the presence of impurities. Specifically, the total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 mixed from the CaO raw material and the SiO 2 raw material needs to be less than 5% in the raw material after heating at 1000 ° C. The total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is more preferably less than 4%, and most preferably less than 3%. In particular, the content of Fe 2 O 3 is preferably less than 2%, more preferably less than 1.5%, and most preferably less than 1% in the raw material after heating at 1000 ° C. . If the total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is not less than 5% by mass with respect to the raw material after heating at 1000 ° C., β-2CaO · SiO 2 is easily formed, and the purity of γ-2CaO · SiO 2 is Deteriorate. In particular, since the influence of Fe 2 O 3 is great, in addition to the total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 being less than 5% by mass with respect to the raw material after heating at 1000 ° C., Fe 2 O 3 The content is preferably less than 2% by mass with respect to the raw material heated at 1000 ° C. When the content of Fe 2 O 3 is less than 1.5% by mass or less with respect to the raw material after heating at 1000 ° C., the quality stability is remarkably improved.

CaO原料とSiO原料の配合割合は、原料のCaO/SiOモル比が1.8〜2.2になるように調製する必要がある。原料のCaO/SiOモル比が1.8未満では、α型のワラストナイト若しくはランキナイトが副生し、γ−2CaO・SiOの含有率が低くなる。原料のCaO/SiOモル比が2.2を超えると、3CaO・SiOや遊離石灰が副生し、やはりγ−2CaO・SiOの含有率が低くなる。原料のCaO/SiOモル比は、1.85〜2.15が好ましい。The mixing ratio of the CaO raw material and the SiO 2 raw material needs to be adjusted so that the CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is 1.8 to 2.2. When the CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is less than 1.8, α-type wollastonite or lankinite is by-produced, and the content of γ-2CaO · SiO 2 is lowered. When CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is more than 2.2, no 3CaO · SiO 2 and free lime by-again γ-2CaO · SiO 2 content ratio is low. CaO / SiO 2 molar ratio of the starting materials is preferably 1.85 to 2.15.

CaO原料とSiO原料の粒度は、150μm通過率が90%以上、つまり、150μmの篩下が90%になるように調製する必要があり、100μm通過率が90%以上、つまり、100μmの篩下が90%になるように調製することがより好ましい。原料の粒度が前記範囲まで細かくないと、γ−2CaO・SiOの純度が悪くなる。具体的には、遊離石灰や不溶解残分が多くなる傾向となる。The particle size of the CaO raw material and the SiO 2 raw material needs to be adjusted so that the 150 μm passage rate is 90% or more, that is, the 150 μm sieve is 90%, and the 100 μm passage rate is 90% or more, that is, a 100 μm sieve. It is more preferable to prepare so that the bottom is 90%. If the particle size of the raw material is not fine within the above range, the purity of γ-2CaO · SiO 2 will be deteriorated. Specifically, free lime and insoluble residue tend to increase.

本発明では、γ−2CaO・SiOの生成を促すために調合した原料を造粒することが好ましい。造粒とは、調合した原料を団子状に成形する操作である。造粒は、粒度の範囲が好ましくは1〜50mm、好ましくは 10〜30mmになるように行われる。造粒の方法としては、円盤型の回転ドラムに原料と水とを投入して造粒する方法や、型に原料を入れて加圧成形する、いわゆるペレタイザーを用いる方法等が挙げられる。造粒の際に使用する水の使用量は、(水/原料)の質量比で(0.1〜0.3)/1が好ましく、(0.15〜0.25)/1がより好ましい。水の使用量が0.1/1未満では、造粒した原料が崩れやすく、ロータリーキルンでの焼成時に焼成反応が十分に進行しない場合がある。また、水の使用量が0.3/1を超えると、造粒した原料が水っぽくなり、やはり、崩れやすくなって、ロータリーキルンでの焼成時に焼成反応が十分に進行しない場合がある。原料に多くの水を含むため、これを蒸発させるために、焼成エネルギーを多く必要とするため不経済でもあり、また、環境負荷も大きくなるため好ましくない。In the present invention, it is preferable to granulate the raw material obtained by compounding in order to facilitate the production of γ-2CaO · SiO 2. Granulation is an operation of forming the prepared raw material into a dumpling shape. The granulation is performed so that the particle size is preferably 1 to 50 mm, preferably 10 to 30 mm. Examples of the granulation method include a method of granulating a raw material and water into a disc-shaped rotary drum, a method of using a so-called pelletizer in which the raw material is placed in a mold and press-molded. The amount of water used for granulation is preferably (0.1 to 0.3) / 1, more preferably (0.15 to 0.25) / 1 in terms of the mass ratio of (water / raw material). . If the usage-amount of water is less than 0.1 / 1, the granulated raw material will be easy to collapse, and a baking reaction may not fully advance at the time of baking with a rotary kiln. On the other hand, if the amount of water used exceeds 0.3 / 1, the granulated raw material becomes watery, and it tends to collapse, and the firing reaction may not sufficiently proceed during firing in the rotary kiln. Since the raw material contains a large amount of water, a large amount of firing energy is required to evaporate the raw material, which is uneconomical and undesirably increases the environmental load.

本発明では、造粒後の原料をロータリーキルンにて焼成する。その温度は、焼点温度1350〜1600℃で焼成することが必要であり、1400〜1550℃がより好ましく、1400〜1500℃が特に好ましい。焼点温度が1350℃未満では、γ−2CaO・SiOの純度が悪くなる。具体的には、遊離石灰や不溶解残分が多くなる傾向にある。逆に、焼点温度が1600℃を超えると、溶融してキルン内にコーチングが付着して、操業が困難になる場合があり、エネルギー消費が大きく、不経済である。なお、本発明で言う焼点温度とは、キルン内の最高温度を意味する。通常、キルン内の最高温度はバーナーから伸びるフレーム(炎の形)の前方付近にある。In the present invention, the granulated raw material is fired in a rotary kiln. The temperature needs to be fired at a baking temperature of 1350 to 1600 ° C, more preferably 1400 to 1550 ° C, and particularly preferably 1400 to 1500 ° C. When the baking temperature is lower than 1350 ° C., the purity of γ-2CaO · SiO 2 is deteriorated. Specifically, free lime and insoluble residue tend to increase. On the other hand, if the burning point temperature exceeds 1600 ° C., it may melt and the coating may adhere to the kiln, making operation difficult, resulting in large energy consumption and being uneconomical. In addition, the burning point temperature said by this invention means the highest temperature in a kiln. Usually, the highest temperature in the kiln is near the front of the flame (flame shape) extending from the burner.

ロータリーキルンの焼成帯の内面に用いるレンガやモルタルの材質は重要である。本発明では、下記の(1)〜(5)からなる群から選ばれる少なくとも1種以上のレンガ又はモルタルが使用される。
(1)マグネシア-スピネルレンガ
(2)JIS R 2305に規定されているアルミナ質レンガのうち、Al含有率が85%以上、好ましくは96%以上のアルミナ質レンガ
(3)JIS R 2011に規定されている炭化ケイ素質レンガ
(1)〜(3)以外のレンガでは安定してγ−2CaO・SiOを製造することが困難で、β−2CaO・SiOが混在する場合がある。
(4)マグネシア-スピネルモルタル
(5)Al含有率が85%以上、好ましくは96%以上のアルミナ質モルタル
The material of bricks and mortar used for the inner surface of the rotary kiln firing zone is important. In the present invention, at least one brick or mortar selected from the group consisting of the following (1) to (5) is used.
(1) Magnesia-spinel brick (2) Alumina brick with Al 2 O 3 content of 85% or more, preferably 96% or more among alumina bricks specified in JIS R 2305 (3) JIS R 2011 It is difficult to stably produce γ-2CaO · SiO 2 with bricks other than the silicon carbide bricks (1) to (3) defined in, and β-2CaO · SiO 2 may be mixed.
(4) Magnesia-spinel mortar (5) Alumina mortar with an Al 2 O 3 content of 85% or more, preferably 96% or more

本発明において上記モルタルを焼成帯に使用する場合、上記の(4)または(5)以外のモルタルでは安定してγ−2CaO・SiOを製造することが困難で、β−2CaO・SiOが混在する場合がある。
これらのモルタルは、ロータリーキルンの焼成帯のレンガの表面に塗布して用いることが好ましい。レンガに塗布するモルタルの使用条件は、特に限定されるものではないが、モルタルの厚みは5〜10mmであるのが好ましい。水はモルタル成分に対して好ましくは(0.15〜0.2)/1である。
また、上記のレンガ及びモルタルは、いずれも、セメントロータリーキルン用でクロムフリーであることが好ましい。
In the present invention, when the mortar is used for the firing zone, it is difficult to stably produce γ-2CaO · SiO 2 with a mortar other than the above (4) or (5), and β-2CaO · SiO 2 is May be mixed.
These mortars are preferably used by being applied to the surface of a brick in a rotary kiln firing zone. Although the use conditions of the mortar apply | coated to a brick are not specifically limited, It is preferable that the thickness of a mortar is 5-10 mm. Water is preferably (0.15 to 0.2) / 1 with respect to the mortar component.
Moreover, it is preferable that both the above bricks and mortar are for a cement rotary kiln and are chromium-free.

本発明において、ロータリーキルンでの焼成雰囲気は、酸素濃度が10〜21体積%の酸素/窒素の混合ガス中、大気中、又は10〜21体積%の酸素を含む燃焼ガス中が好ましく、12〜16体積%中がより好ましい。焼成時間は1〜5時間が好ましく、2〜4時間がさらに好ましい。ロータリーキルンの回転速度は400〜800rpmが好ましく、500〜700rpmがより好ましい。
本発明のγ−2CaO・SiOの製造方法は、バッチ焼成によるバッチ製造方法又は連続焼成による連続製造方法が好ましく、生産性の見地より、連続製造方法がさらに好ましい。ここで、連続製造方法とは、造粒した原料を、ロータリーキルンの焼成帯に連続的に供給しつつ、焼成物を連続的にロータリーキルンから取り出す製造方法を意味する。
連続製造方法においては、生産性の見地より、造粒した原料のロータリーキルンの最高温度帯における滞留時間は30〜180分であるのが好ましく50〜150分であるのが更に好ましい。
In the present invention, the firing atmosphere in the rotary kiln is preferably in a mixed gas of oxygen / nitrogen having an oxygen concentration of 10 to 21% by volume, in the atmosphere, or in a combustion gas containing 10 to 21% by volume of oxygen, More preferably in volume%. The firing time is preferably 1 to 5 hours, more preferably 2 to 4 hours. The rotational speed of the rotary kiln is preferably 400 to 800 rpm, more preferably 500 to 700 rpm.
The production method of γ-2CaO · SiO 2 of the present invention is preferably a batch production method by batch firing or a continuous production method by continuous firing, and a continuous production method is more preferred from the viewpoint of productivity. Here, the continuous production method means a production method in which the fired product is continuously taken out from the rotary kiln while continuously supplying the granulated raw material to the firing zone of the rotary kiln.
In the continuous production method, from the viewpoint of productivity, the residence time of the granulated raw material in the maximum temperature zone of the rotary kiln is preferably 30 to 180 minutes, and more preferably 50 to 150 minutes.

本発明では、焼成後、冷却操作を行うが、冷却条件は特に限定されるものではなく、特殊な急冷操作を行わなければよい。具体的には、一般的なポルトランドセメントクリンカーの冷却条件に準じた方法で良く、ロータリーキルンで焼成後、大気環境下でクーラー等を通して冷却すればよい。   In the present invention, a cooling operation is performed after firing, but the cooling conditions are not particularly limited, and a special rapid cooling operation may be omitted. Specifically, it may be a method according to the general cooling conditions of Portland cement clinker, and after firing with a rotary kiln, it may be cooled through a cooler or the like in an atmospheric environment.

本発明のγ−2CaO・SiOの製造方法によれば、ダスティング後の40μm通過率が85%以上、すなわち、純度の高いγ−2CaO・SiOを得ることができる。また、本発明のγ−2CaO・SiOの製造方法によれば、ダスティング後の40μm通過率が90%以上、さらには95%以上のものを得ることができる。According to the method for producing γ-2CaO · SiO 2 of the present invention, it is possible to obtain γ-2CaO · SiO 2 having a 40 μm passage rate after dusting of 85% or more, that is, high purity. Further, according to the γ-2CaO · SiO 2 of the manufacturing method of the present invention, 40 [mu] m pass rate after dusting 90% or more, more can be obtained more than 95%.

次に、実施例及び比較例により本発明をより具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定して解釈されるべきではない。
「実験例1」
下記のCaO原料、SiO原料、Al成分、およびFe成分を配合し、表1に示すようにCaO/SiOモル比が2.0で、1000℃加熱後のAl含有量とFe含有量が異なる様々な配合の原料を調製した。これら原料を造粒機(三菱重工業社製、目皿造粒機MG−180;目皿直径1800mm、深さ450mm)で、水/原料の質量比が0.2/1の条件で粒度が10〜40mmになるように造粒し、焼成帯内面の材質を表1に示すように変えたロータリーキルンにより1450℃で焼成した。焼成後のサンプルを評価した結果を表1に併記する。
EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example demonstrate this invention more concretely, this invention should not be limited and limited to the following Examples.
"Experiment 1"
The following CaO raw material, SiO 2 raw material, Al 2 O 3 component, and Fe 2 O 3 component are blended, and as shown in Table 1, the CaO / SiO 2 molar ratio is 2.0, and Al 2 after heating at 1000 ° C. O 3 content and Fe 2 O 3 content was prepare a raw material of a variety of different formulations. These raw materials were granulated with a granulator (Mitsubishi Heavy Industries, Eyeplate Granulator MG-180; Eyeplate Diameter 1800 mm, Depth 450 mm), and the particle size was 10 on the condition that the mass ratio of water / raw material was 0.2 / 1. It granulated so that it might become -40mm, and it baked at 1450 degreeC with the rotary kiln which changed the material of the baking belt inner surface as shown in Table 1. The results of evaluating the sample after firing are also shown in Table 1.

<ロータリーキルン>
実験例で用いたロータリーキルンは、内径1m、長さ20mの円筒状である。ロータリーキルンの焼成帯の内面の耐火物の材質は、下記の(1)〜(5)に記載されるレンガ(厚さ50mm)またはレンガの表面にモルタルを塗布したものを用いた。
焼成帯の材質(1):マグネシア-スピネルレンガ(市販品)
焼成帯の材質(2):Al含有率90%のアルミナ質レンガ(市販品)
焼成帯の材質(3):炭化ケイ素質レンガ(市販品)
焼成帯の材質(4):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、マグネシア−スピネルモルタルを、水/モルタル成分質量比が0.17/1で、厚み7mmで塗布したもの。
焼成帯の材質(5):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、Al含有率が90質量%のアルミナ質モルタルを、水/モルタル成分質量比が0.17/1で、厚み7mmで塗布したもの。
<Rotary kiln>
The rotary kiln used in the experimental example has a cylindrical shape with an inner diameter of 1 m and a length of 20 m. The material of the refractory material on the inner surface of the rotary kiln firing zone was a brick (thickness 50 mm) described in the following (1) to (5) or a brick surface coated with mortar.
Firing zone material (1): Magnesia-spinel brick (commercially available)
Firing zone material (2): Alumina brick with 90% Al 2 O 3 content (commercially available)
Firing zone material (3): Silicon carbide brick (commercially available)
Firing zone material (4): magnesia-spinel mortar on the surface of silica-alumina brick with Al 2 O 3 content of 60% and SiO 2 content of 40%, water / mortar component mass ratio of 0.17 / 1 and applied with a thickness of 7 mm.
Firing zone material (5): Alumina mortar having an Al 2 O 3 content of 90% by mass on the surface of a silica-alumina brick having an Al 2 O 3 content of 60% and an SiO 2 content of 40%. / Mortar component mass ratio of 0.17 / 1, with a thickness of 7 mm.

<使用材料>
CaO原料:石灰石微粉末。CaOが55.4%、MgOが0.37%、Alが0.05%、Feが0.02%、およびSiOが0.10%であり、強熱減量(1000℃)が43.57%、炭素分は検出されず。150μm通過率が97.0%、100μm通過率が91.9%である。
SiO原料:ケイ石微粉末。CaOが0.02%、MgOが0.04%、Alが2.71%、Feが0.27%、SiOが95.83%、およびTiOが0.23%であり、炭素分は検出されず。強熱減量(1000℃)が0.51%、150μm通過率が95.1%、100μm通過率が90.3%である。
Al成分:工業用のアルミナ。純度99%以上である。
Fe成分:工業用の酸化第二鉄。純度99%以上である。
水:水道水
<Materials used>
CaO raw material: Limestone fine powder. CaO is 55.4%, MgO is 0.37%, Al 2 O 3 is 0.05%, Fe 2 O 3 is 0.02%, and SiO 2 is 0.10%. C) was 43.57%, carbon content was not detected. The 150 μm passage rate is 97.0%, and the 100 μm passage rate is 91.9%.
SiO 2 raw material: silica fine powder. CaO 0.02%, MgO 0.04%, Al 2 O 3 2.71%, Fe 2 O 3 0.27%, SiO 2 95.83%, and TiO 2 0.23% No carbon content is detected. The ignition loss (1000 ° C.) is 0.51%, the 150 μm pass rate is 95.1%, and the 100 μm pass rate is 90.3%.
Al 2 O 3 component: Alumina for industrial use. The purity is 99% or more.
Fe 2 O 3 component: ferric oxide for industrial use. The purity is 99% or more.
Water: tap water

<測定方法>
化合物の同定:粉末X線回折法により化合物を同定した。
化学成分の定量:Al成分、Fe成分、遊離石灰、不溶解残分をJIS R 5202によって分析した。
ダスティングの度合い:40μm通過率によって評価した。
<Measurement method>
Compound identification: The compound was identified by powder X-ray diffraction.
Quantification of chemical components: Al 2 O 3 components, Fe 2 O 3 components, free lime, and insoluble residue were analyzed according to JIS R 5202.
Degree of dusting: evaluated by 40 μm passage rate.

Figure 0005867929
Figure 0005867929

表1より、CaO原料やSiO2原料から混入するAl2O3やFe2O3の合計が、1000℃加熱後の原料に対して、5質量%(mass%)未満である必要があることがわかる。Al2O3やFe2O3の合計が、4質量%以下であることがより好ましく、3質量%以下であることが最も好ましい。殊に、Fe2O3の含有量は、1000℃加熱後の原料に対して、2質量%以下であることが好ましく、1.5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることが最も好ましい。Al2O3やFe2O3の合計が、1000℃加熱後の原料に対して、5質量%未満でないと、β-2CaO・SiO2が生成しやすく、γ-2CaO・SiO2の純度が悪くなる。また、焼成帯にマグネシア-スピネルレンガ、Al含有率90%のアルミナ質レンガ、炭化ケイ素質レンガ、マグネシア−スピネルモルタル、Al含有率が90質量%のアルミナ質モルタルを用いることにより、純度の高いγ−2CaO・SiOを安定的に製造できる。From Table 1, the total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 mixed from CaO raw material and SiO 2 raw material must be less than 5% by mass (mass%) with respect to the raw material after heating at 1000 ° C. I understand. The total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is more preferably 4% by mass or less, and most preferably 3% by mass or less. In particular, the content of Fe 2 O 3 is preferably 2% by mass or less, more preferably 1.5% by mass or less, and 1% by mass or less with respect to the raw material heated at 1000 ° C. Is most preferred. If the total of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is not less than 5% by mass with respect to the raw material heated at 1000 ° C, β-2CaO · SiO 2 is likely to be formed, and the purity of γ-2CaO · SiO 2 is Deteriorate. Also, magnesia-spinel brick, alumina brick with Al 2 O 3 content of 90%, silicon carbide brick, magnesia-spinel mortar, and alumina mortar with Al 2 O 3 content of 90% by mass are used for the firing zone. Thus, high-purity γ-2CaO · SiO 2 can be stably produced.

「実験例2」
原料のCaO/SiOモル比を2.0に、Fe含有量を0.3%に、Al含有量を1.7%に固定し、焼成帯のレンガやモルタルを、下記の(5)〜(12)に変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表2に示す。
"Experimental example 2"
The CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is set to 2.0, the Fe 2 O 3 content is fixed to 0.3%, the Al 2 O 3 content is fixed to 1.7%, and bricks and mortar in the fired zone are fixed. It carried out similarly to Example 1 except having changed into following (5)-(12). The results are shown in Table 2.

<使用材料>
焼成帯の材質(5):Al含有率95%アルミナ質レンガ(市販品)
焼成帯の材質(6):Al含有率85%のアルミナ質レンガ(市販品)
焼成帯の材質(7):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、Al含有率95%のアルミナ質モルタル(ヨータイ社製M−AW)を、水/モルタル成分質量比が0.17/1、厚み7mmで塗布したもの
焼成帯の材質(8):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、Al含有率85%のアルミナ質モルタル(ヨータイ社製M−A)を、水/モルタル成分質量比が0.17/1、厚み7mmで塗布したもの
焼成帯の材質(9):Al含有率45%、SiO含有率55%のシリカ−アルミナ質レンガ(市販品)
焼成帯の材質(10):MgO含有率85%のマグネシアレンガ(市販品)
焼成帯の材質(11):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、Al含有率80%、SiO含有率20%のシリカ−アルミナ質モルタル(ヨータイ社製M−WAG)を水/モルタル成分質量比が0.17/1、厚み7mmで塗布したもの
焼成帯の材質(12):Al含有率60%、SiO含有率40%のシリカ−アルミナ質レンガの表面に、MgO含有率95%のマグネシアモルタルを水/モルタル成分質量比が0.17/1、厚み7mmで塗布したもの
<Materials used>
Firing zone material (5): Al 2 O 3 content 95% alumina brick (commercially available)
Firing zone material (6): Alumina brick with 85% Al 2 O 3 content (commercially available)
Firing zone material (7): Alumina mortar with 95% Al 2 O 3 content (Myoyo Corporation M) on the surface of silica-alumina brick with 60% Al 2 O 3 content and 40% SiO 2 content. -AW) coated with a water / mortar component mass ratio of 0.17 / 1 and a thickness of 7 mm Material of the calcined zone (8): Silica with an Al 2 O 3 content of 60% and an SiO 2 content of 40% Aluminum bricks coated with alumina mortar with 85% Al 2 O 3 content (MA, manufactured by Yotai Co., Ltd.) with a water / mortar component mass ratio of 0.17 / 1 and a thickness of 7 mm. Material (9): Silica-alumina brick with a Al 2 O 3 content of 45% and a SiO 2 content of 55% (commercially available)
Firing zone material (10): Magnesia brick with 85% MgO content (commercially available)
Firing zone material (11): Silica-aluminum brick with an Al 2 O 3 content of 60% and an SiO 2 content of 40% on the surface of silica with an Al 2 O 3 content of 80% and an SiO 2 content of 20% -Aluminous mortar (Myo-Mawag, manufactured by Yotai Co., Ltd.) coated with a water / mortar component mass ratio of 0.17 / 1 and a thickness of 7 mm. Material of calcined zone (12): Al 2 O 3 content 60%, SiO 2. A magnesia mortar with an MgO content of 95% applied to the surface of a silica-alumina brick with a content of 40% at a water / mortar component mass ratio of 0.17 / 1 and a thickness of 7 mm.

Figure 0005867929
Figure 0005867929

表2より、焼成帯にAl含有率が85質量%以上のアルミナ質レンガ、またはアルミナ質モルタルを用いることにより、純度の高いγ−2CaO・SiOを安定的に製造できることがわかる。本発明以外のレンガやモルタルを用いた場合、安定してγ−2CaO・SiOを製造することが困難で、β−2CaO・SiOが生成する。It can be seen from Table 2 that high-purity γ-2CaO · SiO 2 can be stably produced by using alumina brick or alumina mortar having an Al 2 O 3 content of 85% by mass or more in the fired zone. When bricks or mortars other than the present invention are used, it is difficult to stably produce γ-2CaO · SiO 2 , and β-2CaO · SiO 2 is generated.

「実験例3」
原料のCaO/SiOモル比を2.0、Fe含有量を0.3%、Al含有量を1.7%に固定し、原料の粒度を表3に示すように変えたこと以外は実施例1と同様に行った。結果を表3に示す。
"Experiment 3"
As shown in Table 3, the CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is fixed at 2.0, the Fe 2 O 3 content is fixed at 0.3%, the Al 2 O 3 content is fixed at 1.7%. The procedure was the same as in Example 1 except for the change. The results are shown in Table 3.

Figure 0005867929
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表3より、CaO原料とSiO2原料の粒度は、150μm通過率が90%以上になるように調製する必要があり、100μm通過率が90%以上になるように調製することがより好ましいことがわかる。原料の粒度が前記範囲まで細かくないと、γ-2CaO・SiO2の純度が悪くなり、遊離石灰や不溶解残分が多くなる。From Table 3, it is necessary to prepare the particle sizes of the CaO raw material and the SiO 2 raw material so that the 150 μm pass rate is 90% or more, and it is more preferable that the 100 μm pass rate is 90% or more. Recognize. If the particle size of the raw material is not fine within the above range, the purity of γ-2CaO · SiO 2 is deteriorated, and free lime and insoluble residue increase.

「実験例4」
CaO原料とSiO原料のCaO/SiOモル比を表4に示すように変えたこと以外は実験例3と同様に行った。結果を表4に示す。
"Experimental example 4"
The same procedure as in Experimental Example 3 was performed except that the CaO / SiO 2 molar ratio of the CaO raw material and the SiO 2 raw material was changed as shown in Table 4. The results are shown in Table 4.

Figure 0005867929
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表4より、CaO原料とSiO2原料の配合割合は、原料のCaO/SiO2モル比が1.8〜2.2になるように調製する必要があることがわかる。原料のCaO/SiO2モル比がこの範囲外では、γ-2CaO・SiO2の純度が悪くなる場合がある。From Table 4, it can be seen that the mixing ratio of the CaO raw material and the SiO 2 raw material needs to be adjusted so that the CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is 1.8 to 2.2. If the CaO / SiO 2 molar ratio of the raw material is outside this range, the purity of γ-2CaO · SiO 2 may be deteriorated.

「実験例5」
焼点温度を表5に示すように変えたこと以外は実験例3と同様に行った。結果を表5に示す。
“Experimental Example 5”
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 3 except that the burning temperature was changed as shown in Table 5. The results are shown in Table 5.

Figure 0005867929
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表5より、焼点温度で1350〜1600℃で焼成することが必要であり、1400〜1550℃がより好ましいことがわかる。焼点温度が1350℃未満では、γ-2CaO・SiO2の純度が悪くなる。逆に、焼点温度が1600℃を超えると、溶融してキルン内にコーチングが付着して操業が困難になり、β-2CaO・SiO2が混在する。From Table 5, it is necessary to fire at 1350 to 1600 ° C. at the baking temperature, and 1400 to 1550 ° C. is more preferable. When the baking temperature is lower than 1350 ° C., the purity of γ-2CaO · SiO 2 is deteriorated. On the other hand, if the baking temperature exceeds 1600 ° C, it will melt and the coating will adhere to the kiln, making it difficult to operate, and β-2CaO · SiO 2 will be mixed.

「実験例6」
造粒の際の(水/原料)の質量比を表6に示すように変えたこと以外は実験例3と同様に行った。結果を表6に示す。
"Experimental example 6"
The experiment was performed in the same manner as in Experimental Example 3 except that the mass ratio of (water / raw material) during granulation was changed as shown in Table 6. The results are shown in Table 6.

Figure 0005867929
Figure 0005867929

表6より、造粒の際に使用する水の使用量は、水/原料比で10〜30質量%が好ましく、15〜25質量%がより好ましいことがわかる。水の使用量が10質量%未満では、造粒した原料が崩れやすく、ロータリーキルンでの焼成時に焼成反応が十分に進行しない。また、水の使用量が30質量%を超えると、造粒した原料が水っぽくなり、やはり、崩れやすくなって、ロータリーキルンでの焼成時に焼成反応が十分に進行しない。   From Table 6, it can be seen that the amount of water used for granulation is preferably 10 to 30% by mass and more preferably 15 to 25% by mass in terms of the water / raw material ratio. When the amount of water used is less than 10% by mass, the granulated raw material is liable to collapse and the firing reaction does not proceed sufficiently during firing in the rotary kiln. On the other hand, if the amount of water used exceeds 30% by mass, the granulated raw material becomes watery, and is easily broken, and the firing reaction does not proceed sufficiently during firing in the rotary kiln.

本発明のγ−2CaO・SiOの製造方法は、純度が高く、しかも、工業的に生産性が高く、安定した品質の製品が得られるため広範に利用できる。
なお、2011年1月21日に出願された日本特許出願2011−010964号、2011年6月10日に出願された日本特許出願2011−130285号、2011年6月10日に出願された日本特許出願2011−130361号、2011年8月5日に出願された日本特許出願2011−172226号、及び2011年9月14日に出願された日本特許出願2011−200645号の明細書、特許請求の範囲、及び要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。
The method for producing γ-2CaO · SiO 2 of the present invention can be widely used because it has high purity, is industrially highly productive, and provides a product with stable quality.
Japanese Patent Application No. 2011-010964 filed on January 21, 2011, Japanese Patent Application No. 2011-130285 filed on June 10, 2011, Japanese Patent Application filed on June 10, 2011 Application No. 2011-130361, Japanese Patent Application No. 2011-172226 filed on Aug. 5, 2011, and Japanese Patent Application No. 2011-200265 filed on Sep. 14, 2011, claims , And the entire contents of the abstract are hereby incorporated by reference as disclosure of the specification of the present invention.

Claims (13)

CaOとSiOを主成分とし、CaO/SiOモル比が1.8〜2.2であって、1000℃加熱後にAlとFeの合計の含有量が5質量%未満で、粒度を150μm通過率で90質量%以上とした原料を造粒し、造粒した原料を、マグネシア−スピネルレンガ、Al含有率が85質量%以上のアルミナ質レンガ、炭化ケイ素質レンガ、マグネシア−スピネルモルタル、およびAl含有率が85質量%以上のアルミナ質モルタルからなる群から選ばれる少なくとも1種以上のレンガ又はモルタルを焼成帯の内面に使用したロータリーキルンにて、焼点温度1350〜1600℃で焼成する、40μm通過率が85%以上であるγ−2CaO・SiOの製造方法。 CaO / SiO 2 as the main components, CaO / SiO 2 molar ratio is 1.8 to 2.2, and the total content of Al 2 O 3 and Fe 2 O 3 is less than 5% by mass after heating at 1000 ° C. Then, a raw material having a particle size of 90% by mass or more with a passage rate of 150 μm is granulated, and the granulated raw material is made of magnesia-spinel brick, alumina brick with an Al 2 O 3 content of 85% by mass or more, silicon carbide In a rotary kiln using at least one brick or mortar selected from the group consisting of brick, magnesia-spinel mortar, and alumina mortar having an Al 2 O 3 content of 85% by mass or more on the inner surface of the firing zone, A method for producing γ-2CaO · SiO 2 baked at a point temperature of 1350 to 1600 ° C. and having a 40 μm passage rate of 85% or more. 上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにマグネシア−スピネルレンガを使用する請求項1に記載の製造方法。   The said rotary kiln is a manufacturing method of Claim 1 which uses a magnesia-spinel brick for the brick of a baking zone. 上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにAl含有率が85質量%以上のアルミナ質レンガを使用する請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the rotary kiln uses an alumina brick having an Al 2 O 3 content of 85 mass% or more for the brick in the fired zone. 上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガに炭化ケイ素質レンガを使用する請求項1に記載の製造方法。   The said rotary kiln is a manufacturing method of Claim 1 which uses a silicon carbide brick for the brick of a baking zone. 上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにマグネシア−スピネルモルタルを塗布したレンガを使用する請求項1に記載の製造方法。   The said rotary kiln uses the brick which apply | coated the magnesia spinel mortar to the brick of a baking zone, The manufacturing method of Claim 1 used. 上記ロータリーキルンが、焼成帯のレンガにAl含有率が85質量%以上のアルミナ質モルタルを塗布したレンガを使用する請求項1に記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the rotary kiln uses a brick obtained by applying an alumina mortar having an Al 2 O 3 content of 85% by mass or more to a brick in a fired zone. 原料のCaO/SiOのモル比が1.85〜2.15である請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法。 The manufacturing method according to any one of claims 1 to 6, wherein the raw material CaO / SiO 2 molar ratio is 1.85 to 2.15. 1000℃加熱後の原料が、2質量%未満のFeを含有する請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法。 1000 ° C. After heating the raw material, the production method according to claim 1 containing 2% by weight of less than Fe 2 O 3. 原料が、100μm通過率で90質量%以上の粒度を有する請求項1〜8のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method in any one of Claims 1-8 in which a raw material has a particle size of 90 mass% or more by 100 micrometer passage rate. 水/原料の質量比が(0.1〜0.3)/1の水を使用して造粒する請求項1〜9のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method in any one of Claims 1-9 granulated using water whose mass ratio of water / raw material is (0.1-0.3) / 1. 1400〜1500℃の焼点温度で焼成する請求項1〜10のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to any one of claims 1 to 10, wherein the baking is performed at a baking temperature of 1400 to 1500 ° C. ロータリーキルンの焼成帯のレンガ表面のモルタルが、5〜10mmの厚みである請求項1、5〜10のいずれかに記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein the mortar on the brick surface of the firing zone of the rotary kiln has a thickness of 5 to 10 mm. 造粒した原料を、ロータリーキルンの焼成帯に連続的に供給しつつ、焼成物を連続的にロータリーキルンから取り出す請求項1〜12のいずれかに記載の製造方法。 The granulated material, while continuously supplied to the firing zone of the rotary kiln, producing how according to any one of claims 1 to 12 to take out the baked product to the rotary kiln continuously.
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