JPS649259B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、土木または建築用のコンクリート骨
材等として使用される人工軽量細骨材の製造方法
に関するものである。 一般に、人工軽量細骨材とは、頁岩、粘土、粘
板岩等を原料としてこれをたとえば1120℃に加熱
し、半融状態となつた温度域で原料内部よりガス
を発生させ、これを融液中にくるませて多孔質構
造の骨材としたもであつて、土木建築の構造用軽
量コンクリートの骨材、高級内外装用のスプリツ
トン・エレメント、濾過用の砂利および砂等の用
途に使用されるとともに、比重、粘度分布および
強度が安定し、かつ、熱伝導率が普通コンクリー
トの約1/3という低さをその特徴としている。ま
た、製造にあたつては原料の粉砕、篩分焼成とい
う工程を経るが、その焼成には、従来、ロータリ
ーキルンが使用されている。 しかしながら、ロータリーキルンによる焼成で
は、原料が発泡する半融状態となる迄に比較的長
時間を要し、その間に発泡に寄与するガス成分が
消費されて発泡性が低下するとともに、原料粒子
が互に接触した状態で加熱されるため半融状態で
は原料粒子が互に融着してクリンカーとなり、ま
た、炉壁に付着してリングをつくる等のトラブル
が発生しやすいという欠点を有している。また、
ロータリーキルンの場合には、焼成中の温度管理
が難しく、安定操業のための条件が整いにくいと
いう人工軽量細骨材製造上の致命的欠点を有して
いる。 本発明は、上記ロータリーキルンによる焼成に
よつて生ずる欠点を解消するため、流動炉では非
常に短時間で発泡温度になるとともに原料粒子は
炉中が激しい流動状態にあるため互に融着する危
険が少なく、さらには温度制御も容易なためより
高温での焼成が可能になるとの実事に着目して完
成されたものであつて、その要旨とするところ
は、粉砕および篩分された原料を一次予熱器によ
り予熱乾燥するとともに原料中に含まれる超微粉
分を分散除去する一方、予熱乾燥するとともに超
微粉分の分散除去された原料を定量供給装置によ
り二次予熱器へ定量供給して予熱した後、流動炉
に供給し、流動炉における粒子の流動状態を利用
して流速および焼成温度を制御しつつこれを焼成
することを特徴とし、さらには一次予熱器による
予熱乾燥を製品顕熱の回収によつて生じたホツト
エアによつて行うこと、流動炉をフリーボード
部、傾斜部および流動部に区分してフリーボード
部の径を流動部の径より大きくすることによりフ
リーボード部の流速を下げ、キヤリオーバの比率
を下げる流速制御を行うこと、オーバフローパイ
プの先端から連続する傾斜部をフリーボード部の
径と同一にする切欠部を設けてオーバフローパイ
プと連続せしめることによりフリーボード部にお
ける推積を防止して長期安定焼成を確保したこ
と、小孔が多数あけられたパイプを傾斜部下端の
炉壁に配設するとともに小孔より炉壁にそつてエ
アーを噴出することにより傾斜部の推積を防止し
て長期安定焼成を確保したこと、燃料噴霧用のエ
アにスチームを混入することにより焼成温度の温
度分布を制御すること、および原料装入パイプに
エアを吹込むことにより焼成温度の温度分布を制
御することを特徴とする。 以下、図面に示した実施例にもとずき、本発明
に係る人工軽量細骨材の製造方法について説明す
る。 第１図は、本発明に係る人工軽量細骨材の製造
方法を説明するシステム図であるが、粉砕および
篩分された原料は、原料タンク１からコンベア２
を介して一次予熱器３に入り、ここで後述する製
品クーラ１７からの製品顕熱の回収によつて生じ
たホツトエアにより予熱乾燥されるとともに、粉
砕された原料中に含まれる超微粉分（0.074mmφ
以下）が分散除去される。 予熱乾燥されるとともに超微粉分の分散除去さ
れた原料は、コンベア４を介してサービスホツパ
５に入れられるとともに、サービスホツパ５と連
設された定量供給装置６によつて二次予熱器７へ
定量供給され、二次予熱器７においてキヤリオー
バ分離器８からの燃焼排ガスにより予熱された原
料は、原料装入パイプ１５により流動炉９へと導
入される。流動炉９はバーナー１１によつて加熱
され、所定温度（たとえば1115℃〜1125℃）に保
持されており、流動炉９へ導入された原料は加熱
されて発泡し、微粉は空気流に運ばれてキヤリオ
ーバ分離器８によりガス流から分離し、微粉以外
のものはオーバフローパイプ１６より溢流し、両
者とも製品クーラ１７に入つて冷却され、製品と
してとり出される。なお、流動炉９に送入される
流動用のエアは、ルーツブロア１３により、流動
炉９のフリーボード部（上部室）９１に設けられ
た熱交換器１０を経て流動炉９の下部に設けられ
たノズル１２により流動炉９中へ送入されるとと
もに、製品クーラ１７へのエアは、ルーツブロア
１４によつて送入される。また、二次予熱器７の
流通用エアの排ガスおよび製品クーラ１７におい
て製品顕熱を回収した一次予熱器３のエアは、排
気ブロア１８から系外へ排出される。 人工軽量細骨材は、コンクリート用の骨材とし
て使用する場合、その粒度分布が問題となり、特
に0.3mm篩通過分が20％以上で、かつ、0.074mm篩
通過分の少ないことが要求されている。したがつ
て、この要求を満足すべく、原料粉砕工程は強力
な微粉砕装置を採用せざるを得ず、この結果、
0.074mm篩通過分が10％程度存在することになる。
これをこのまま流動炉中に送り込めば炉内の温度
が非常に不安定となり、クリンカを作り易い。し
たがつて、前述のように、一次予熱器３において
原料を予熱するとともに超微粉分（0.074mmφ）
を分離除去することは、安定操業および製品品質
の向上の面で好ましい訳である。また、原料を予
熱することは、多量の水分（15〜20％）を含む頁
岩等の原料中の水分の量を下げる意味で重要であ
り（後述）、原料の定量供給とともに、本発明を
構成する重要なかぎとなる。 人工軽量細骨材の比重を決定する要因には、原
料の膨張性による以外に、焼成時におけるそれま
での原料のうけた熱履歴、焼成温度およびその温
度における原料の滞留時間等があげられるととも
に、原料の粒度によつても比重が異なることが確
認されている。たとえば、流動焼成した細骨材の
代表的な粒度分布とその比重を示せば第１表のと
おりである。

【表】 第１表から判るように、粒径が小さくなるにつ
れて比重は大となる。したがつて、より軽い細骨
材を得るためには粒径が小さいほど高温長滞留で
焼成することが好ましいが、流動焼成の場合には
傾向としてはこの逆となる。流動焼成とは、粒子
の終端速度以下の速度で粒子を空中に流動させ焼
成する方法であるが、この終端速度は粒径と比重
とによつて異なつている。たとえば粒径と終端速
度との関係を示せば第２表のとおりである。

【表】 ただ、試験の結果、良好な流動状態を保ち、か
つ、炉中で重油を良好に燃焼させるためには、２
〜3.5m／sec程度の流速（空塔速度）が必要であ
ることが確認されており、これと第２表から、50
％以上のものが終端速度以上となるからキヤリー
オーバとなり流動炉内に滞留しないことになる。
このことは、粒径が小さいほど高温長滞留で焼成
しなければ比重を小さくできないという問題点を
解決できないことになり、全体として骨材の軽量
化が因難となる。 本発明は、この対策として、第２図に示すよう
に、流動炉９をフリーボード部９１、傾斜部９２
および流動部９３の三つに区分し、流動部９３よ
りフリーボード部９１の径を大きくしてフリーボ
ード部９１の流速を下げ、流動部９３をキヤリオ
ーバした細粒分をフリーボード部９１で十分な温
度と滞留時間を確保しつつ流動させるようにして
いる。ただ、両部９１，９３の径を異ならしめる
ことにより生ずる傾斜部９２には細粒分が推積し
てクリンカとなりやすいという新らたな問題が生
じるが、これを防止する有効な手段としては、オ
ーバフローパイプ１６の先端を傾斜部９２の下端
に取付けるとともに、その先端から連続する傾斜
部９２をフリーボード部９１の径と同一にする切
欠部９４を設け、フリーボード部９１および傾斜
部９２で流動している細粒分をオーバフローとし
てとり出しやすくすればよい。また、傾斜部９２
における流動炉９の壁面は、その形状から上向き
流速が殆んど得られないので、なお細粒分が推積
しやすいという現象があるため、小孔が多数あけ
られたパイプ９５を傾斜部９２の下端の炉壁に配
設し、小孔より炉壁にそつてエアを噴出せしめる
ことは有効である。 一方、流動炉はロータリーキルンにくらべ炉内
の温度が一定で制御しやすいことがその特徴であ
るが、炉内でバーナ１１で重油を燃焼させる場
合、その燃焼状態によつても炉内の温度分布に、
特に垂直方向の温度分布にばらつきを生じるとい
う問題がある。焼成温度は炉内の最高温度で制御
せざるを得ないため、温度分布にばらつきがある
と平均温度が低くなる。一般に、流動炉中におけ
る重油の燃焼機構は、普通の燃焼と異なり、噴霧
された重油は先ず流動粒子の表面に皮膜状に付着
し、ここで気化して燃焼するものと考えられてい
る。したがつて、重油の燃焼状態を左右する要因
としては、 (1) 重油の噴霧状態（重油温度、噴霧用エアおよ
びスチームの量） (2) 流動粒子の流動状態と比表面積 (3) 重油の気化速度（流動粒子の表面温度と送入
空気温度による） (4) 流動用エアと重油との混合状態 等があげられる。 いま、第３図に示すように、流動部９の下端よ
り60cm(A)、110cm(B)、140cm(C)、200cm(D)の４点で
温度を測定してみると、重油の燃焼速度が早すぎ
る場合の温度分布は(A)→(B)→(C)→(D)となつて流動
炉９の下部にクリンカをつくりやすく、逆に重油
の燃焼速度が遅い場合の温度分布は(D)→(C)→(B)→
(A)となつて傾斜部９２にクリンカをつくりやすい
ことが確認された。したがつて、両者の中間の状
態が温度安定性、温度分布幅の点から最も好まし
く、経験的にＢ→1125℃、Ａ，Ｃ→1115℃、Ｄ→
1070℃のような温度分布が最善である。 かかる温度分布を達成するために、上記(1)〜(4)
の諸要因によりその手段が検討される訳である
が、これらを支配する最大のものは、単位時間あ
たりの原料の装入量であり、ついで原料の水分含
有量と粒度分布であるといつてもよい。すなわち
原料装入量が多くなれば重油の燃焼速度は低下す
るし、原料の水分含有量が下がり粒度分布が小さ
い方に傾いても燃焼速度は速くなる。したがつ
て、これらの変動に応じて適正温度分布を保つた
め、燃料噴霧用のエアにスチームを混入すれば、
重油の燃焼速度を下げることができる。 また、原料中にキヤリーオーバとなるべき微粒
分が多い場合には燃焼速度が早くなつて流動炉の
下部にクリンカを生ぜしめやすい。これは、微粒
分が原料装入パイプから流動炉壁面の低流速度を
つたつて流動炉下部に流下するからで、これを防
止するには、原料装入パイプにエアを吹込むため
のパイプを連結するとともにこのエアによつて微
粒分を流速の高い流動炉の内部まで吹きとばし、
上昇気流にのせて流動炉下部まで流下しないよう
にすればよい。 以上、図面に示した実施例にもとずいて詳細に
説明したように、本発明に係る人工軽量細骨材の
製造方法によれば、流速および温度の管理が確実
に行なわれるため安定操業が可能となり、製品の
比重、粒度分布および強度が安定するという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造方法を説明するシス
テム図、第２図は本発明に係る製造方法において
用いられる流動炉要部の断面図、第３図は流動炉
における温度分布の説明図である。 図面中、３は一次予熱器、６は定量供給装置、
７は二次予熱器、９は流動炉、９１はフリーボー
ド部、９２は傾斜部、９３は流動部、９４は切欠
部、９５はパイプ、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 粉砕および篩分された原料を製品顕熱の回収
   によつて生じたホツトエアを利用した一次予熱器
   により予熱乾燥するとともに原料中に含まれる超
   微粉分を分散除去する一方、予熱乾燥するととも
   に超微粉分の分散除去された原料を定量供給装置
   により二次予熱器へ定量供給して予熱した後、フ
   リーボード部、傾斜部および流動部に区分してフ
   リーボード部の径を流動部の径より大きくした流
   動炉に供給し、フリーボード部の流速を下げると
   ともにキヤリオーバの比率を下げる流速制御、お
   よび燃料噴霧用のエアにスチームをまたは原料袋
   入パイプにエアを混入することによる焼成温度の
   温度分布の制御を行ないつつこれを焼成すること
   を特徴とする人工軽量細骨材の製造方法。 ２ オーバフローパイプの先端から連続する傾斜
   部をフリーボード部の径と同一にする切欠部を設
   けてオーバフローパイプと連続せしめることによ
   り、フリーボード部における推積を防止して長期
   安定焼成を確保したことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の人工軽量細骨材の製造方法。 ３ 小孔が多数あけられたパイプを傾斜部下端の
   炉壁に配設するとともに小孔より炉壁にそつてエ
   アを噴出することにより傾斜部の推積を防止して
   長期安定焼成を確保したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項または第２項記載の人工軽量細骨
   材の製造方法。