セメント炉 - 百科事典

セメントの製造では、カルシウム炭酸塩がシリカ含有鉱物と反応してカルシウムシリカの混合物を形成する、ポートランドセメントや他の種類の水硬性セメントの製造の焼結段階にセメント炉が使用されます。年間約10億トンのセメントが製造され、セメント炉はこの生産プロセスの中心です：その容量は通常、セメント工場の容量を決定します。セメント製造の主なエネルギー消費と温室効果ガス排出段階であるため、炉の効率の向上はセメント製造技術の中心関心です。セメント炉からの排出は温室効果ガス排出の主要な源であり、世界中の自然以外の炭素排出の約2.5％を占めています。

セメントクリンカーの製造
典型的な製造プロセスは以下の3つの段階から構成されています：

- 砂崖岩と粘土またはシラン岩の混合物を磨き、細かい「原料混合物」を作る（原料ミルを参照）；
- 原料混合物をセメント炉で焼結温度（最高1400 °C）に加熱；
- 焼結したクリンカーを磨いてセメントを作る（セメントミルを参照）。

第2段階では、原料混合物が炉に供給され、炉の燃料の燃焼から出る熱いガスとの接触によって徐々に加熱されます。原料混合物の温度が上昇するにつれて、連続的な化学反応が発生します：

- 70から110 °C - 游離水が蒸発。
- 400から600 °C - 粘土状鉱物が構成酸化物に分解；主にSiO2とAl2O3。ドロマイット（CaMg(CO3)2）はカルシウム炭酸塩（CaCO3）、MgOおよびCO2に分解。
- 650から900 °C - カルシウム炭酸塩がSiO2と反応してベリート（Ca2SiO4）（セメント産業ではC2Sとして知られる）を形成。
- 900から1050 °C - 剩りのカルシウム炭酸塩がカルシウム酸化物（CaO）およびCO2に分解。
- 1300から1450 °C - 部分的な（20〜30％）溶融が発生し、ベリートがカルシウム酸化物と反応してアリート（Ca3O·SiO4）（セメント産業ではC3Sとして知られる）を形成。

アリートはポートランドセメントの特徴的な構成要素です。通常、反応を完了するためには1400〜1450 °Cのピーク温度が必要です。部分的な溶融は材料が塊や球状に集まり、直径が1〜10 mmに達します。これをクリンカーと呼びます。次に、熱いクリンカーが冷却器に落ち込み、その大部分の熱を回収し、クリンカーを約100 °Cに冷却します。この温度では、クリンカーを貯蔵に簡単に搬送できます。セメント炉システムはこれらのプロセスを達成するために設計されています。

早期の歴史
ポートランドセメントクリンカーは、1825年に初めて作成されました（改良された伝統的な静的な石灰炉の形態です）。基本的な、卵型の石灰炉には、セメントクリンカーを作るために必要なより高い温度を得るために、円錐形または蜂の巣型の延長が追加されています。この設計と小幅な改良は、ほぼ半世紀にわたって唯一の製造方法でありました。炉は原料混合物の塊の強さに制約されていました：炉内の荷重が自重で崩れると、炉が消えました。このため、蜂の巣型炉は一度にクリンカー30トン以上を作成することはありませんでした。一度に1週間かかるため、1年間に約1500トンのクリンカーが生産されました。

1885年頃、連続炉の設計に関する実験が始まりました。1つの設計は、鼓風炉に似た形状のシェイフティング炉でした。原料混合物と燃料は