JPH0324422B2 - - 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骨材の製造方法に
関するものである。 一般に、人工軽量骨材とは、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
造の骨材としたものであつて、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、粒度分布およ
び強度が安定し、かつ、みかけ比重は1.2〜1.6と
天然骨材の約1/2、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、
製造にあたつては所定範囲の粒度を有する原料を
焼成する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
いう人工軽量骨材製造上の致命的欠点を有してい
る。 本発明者等は、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
子は炉中で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事実に着目
し、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
することを特徴とする発明を出願した（特願昭56
−148810、特開昭58−55363号公報）。この出願で
は燃料としてたとえば液体燃料の重油を使用し、
流動炉内に直接、この重油を噴霧し炉内で燃焼さ
せるものであるが、この場合、炉内の温度は垂直
および水平の方向にかなりの高低分布を生じ、焼
成温度としては炉内の最高温度で制御せざるを得
ないため、温度分布のばらつきが大きいほど平均
温度は低くなり、製品比重がより重くなることが
判明した。その上、最高温度を制御している場合
でも、ある種の条件下では部分的により高温部が
生じ、思いがけない融着現象が生起することも判
明した。 本発明は、かかる実情に鑑み提案されたもの
で、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に
際し、焼成用燃料として液体または気体燃料を使
用する場合には、焼成用燃料とは別の供給手段に
より、微粉固体補助燃料を併用することを特徴と
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骨材の製造方
法を説明するシステム図であるが、たとえば粉砕
および篩分され所定範囲の粒度を有するように構
成された原料は、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
パ分離器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、微粉固体燃料供給口１９
ａ〜１９ｅから供給される石炭等の微粉固体燃
料、または液体または気体燃料の場合にはバーナ
ー１１から供給される焼成用燃料と前記供給口１
９ａ〜１９ｅから供給される微粉固体補助燃料と
によつて加熱され、所定温度（たとえば1100℃〜
1110℃）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ーフローパイプ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。また、流動炉
９に送入される流動用のエアは、ルーツブロア１
３により、流動炉９のフリーボード部（上部室）
9a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。さら
にまた、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。 なお、上記実施例では一次および二次予熱器
３，７を用いる場合を例に説明したが、本発明は
これに限定されるものではなく、流動炉９内へ所
定範囲の粒度を有して原料を供給し得るものはす
べて含まれることは言うまでもない。 人工軽量骨材は、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、たとえば一次予熱器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
味で本実施例では重要である。 人工軽量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
〜3.5mm／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
化が困難となる。 一方、流動炉９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微で
あるが、たとえば液体焼成用燃料を使用し、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。前述
のように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２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９ｂ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1100℃前後の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ーとなるべき微
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部
をつたわつて流動炉下部に流下するからで、これ
を防止するには、原料装入パイプのエアを吹込む
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。 一方、本発明においては、流動炉９内の焼成温
度制御の効果を高めるため、焼成用燃料として重
油を用いる場合、バーナー１１とは別に石炭粉末
等の微粉固体補助燃料吹込パイプ１９ａ〜１９ｅ
を流動炉９に挿入し、焼成用燃料に微粉固体補助
燃料を混合せしめることも特徴となつている。重
油等の焼成用燃料と微粉固体補助燃料との燃焼メ
カニズムは、重油の場合、炉内に噴霧されると同
時にガス化をはじめ、その沸点以上では瞬間的に
ガス化し燃焼して炉内上部に集中することにより
炉内上部を高温にする傾向を示すが、微粉末石炭
の場合には、炉内に吹き込まれると激しく運動し
て急速に炉内に分散燃焼し、この分散燃焼により
炉内の温度分布を均一化する効果を有している点
にある。したがつて、局部的な高温部分が発生せ
ず、炉内空気中の酸素利用率が高められることに
なる。本発明は、この燃焼メカニズムを利用する
ことにより、炉内の垂直および水平方向の温度分
布の幅を小さくするとともに、部分的な高温度発
生に基因する融着現象をなくし、もつて、より比
重の軽い製品の製造を可能にしたといい得る。 いま、第２図に示すように、流動炉９の下端よ
り60cm(A)、110cm(B)、140cm(C)における水平方向と
の温度分布の相関関係を測定してみると第３表の
結果が得られ、その場合の製品比重は1.30であつ
た。

【表】 同じ装置において重油の50％（発熱量換算）を
石炭微粉末に置換した場合には第４表のような温
度分布となり、製品比重は同じ1.30であつた。

【表】 この結果からも明らかなように、炉内中心部で
の温度制御は微粉固体補助燃料を併用する方がほ
ぼ1100℃前後に均一化されていることが明らかで
ある。 なお、上記燃焼メカニズムは燃成用燃料として
微粉固体燃料を用いる場合についてもあてはま
り、供給口１９ａ〜１９ｅの数量、位置、供給量
等により所望の均一温度に制御することが可能で
ある。 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、９ａはフリーボー
ド部、９ｂは傾斜部、１１はバーナー、１９ａ〜
１９ｅは微粉固体燃料供給口である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 所定範囲の粒度を有する原料を流動炉に供給
   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に
   際し、焼成用燃料として液体または気体燃料を使
   用する場合には、焼成用燃料とは別の供給手段に
   より、微粉固体補助燃料を併用することを特徴と
   する人工軽量骨材の製造方法。