高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法

高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法
【专利摘要】本发明在于提供一种高炉喷吹煤的制备方法，其可以得到即使增加向高炉主体内的喷吹量，也难以发生该高炉主体内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤。对煤的原煤时的煤的灰分、以及该灰分中的Al、Si、Ca、Mg的重量％进行分析(S1)，基于分析得到的数据，导出所述煤的灰熔点(S2)，基于所得到的数据，按照所述煤的灰分的熔点成为1200～1400℃的方式，选定担载于该煤的金属种类，并且导出其担载量(S3)，通过离子交换法将上述担载量的所述金属担载于所述煤(第4工序(S4))，将上述第4工序中得到的所述煤干馏(S5)。
【专利说明】
高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法。
【背景技术】
[0002] 高炉设备能够通过将铁矿石、石灰石、焦炭的原料从高炉主体的顶部装入内部，并 且从该高炉主体的侧部的靠下方的送风口以热风和辅助燃料的形式喷吹高炉喷吹煤(微粉 炭），从而由铁矿石制造生铁。
[0003] 可是，为了稳定地进行上述高炉设备的操作，需要在上述高炉喷吹煤到达上述高 炉主体的上述送风口的路径上抑制高炉喷吹煤灰的附着或该高炉喷吹煤灰造成的闭塞。
[0004] 例如提出了 ：事先测定微粉炭中的灰的软化点，对于微粉炭的灰的软化点低于 1300°C的微粉炭添加基于上述微粉炭的软化点决定的必要量的石灰石、蛇纹岩等CaO源的 造渣剂或其它微粉炭，将微粉炭中的灰的软化点调整处理到1300 °C以上，接着，仅将微粉炭 中的灰的软化点为1300°C以上的微粉炭从高炉主体的送风口向内部喷吹，从而提高高炉喷 吹煤的燃烧性(例如参照下述专利文献1)。
[0005] 另外，例如提出了：将CaO系、MgO系、Si〇2系焊剂中的任一种或2种以上从送风口向 高炉的内部喷吹的高炉操作法(例如参照下述专利文献2)。
[0006] 现有技术文献
[0007] 专利文献
[0008] 专利文献1:日本特开平5-156330号公报 [0009] 专利文献2:日本特开平3-291313号公报

【发明内容】

[0010]发明要解决的问题
[0011]然而，上述专利文献1记载的技术中，作为上述造渣剂添加的氧化钙的粒径大(微 粉且为10M1左右），与高炉内的炉渣均匀化需要花费时间，因此在喷吹大量高炉喷吹煤的情 况下，也有可能难以得到基于上述造渣剂的添加而带来的使高炉喷吹煤的软化点上升的效 果。
[0012] 在上述专利文献2中，仅记载了通过将1450°C时的粘性设为10泊以下从而确保在 高炉内生成的高炉炉渣的流动性的高炉操作法，所以有可能不能在到达高炉主体的送风口 的路径上抑制高炉喷吹煤灰的附着或高炉喷吹煤灰造成的闭塞。
[0013] 出于这样的情况，本发明为了解决上述课题而完成，目的在于提供高炉喷吹煤的 制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法，所述高炉喷吹煤的制备方法可以得到即使增加向高 炉主体内的喷吹量，也难以发生该高炉主体内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤。
[0014] 用于解决问题的手段
[0015] 解决上述课题的第1发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，包括如下工 序:对煤的原煤时的煤的灰分、以及该灰分中的41、51、0 &、1%的重量％进行分析的第1工序； 基于分析得到的数据，导出所述煤的灰熔点的第2工序;基于上述第1工序和上述第2工序中 得到的数据，按照所述煤的灰分的熔点成为1200~1400°C的方式，选定担载于该煤的金属 种类，并且导出其担载量的第3工序;通过离子交换法将上述担载量的所述金属担载于所述 煤的第4工序;将上述第4工序中得到的所述煤干馏的第5工序。
[0016]解决上述课题的第2发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，在上述第1发 明涉及的高炉喷吹煤的制备方法中，所述金属为钙或镁中的至少1种。
[0017]解决上述课题的第3发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，在上述第1或 第2发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法中，在上述第5工序中，所述煤在350~550°C进行热 处理而残留挥发成分变成15~35%。
[0018] 解决上述课题的第4发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，在上述第1至 第3中任一发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法中，所述金属向所述煤的担载量以（Ca0+ Mg0)/Si0 2的重量比计为0 ? 2~1 ? 55。
[0019] 解决上述课题的第5发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，在上述第4发 明涉及的高炉喷吹煤的制备方法中，所述金属向所述煤的担载量以（CaO+MgO) /Si02的重量 比计为0.25~1.4。
[0020] 解决上述课题的第6发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的特征在于，在上述第5发 明涉及的高炉喷吹煤的制备方法中，所述金属向所述煤的担载量以（CaO+MgO) /Si02的重量 比计为0.35~1。
[0021] 解决上述课题的第7发明涉及的高炉喷吹煤的特征在于，是通过上述第1至第6中 任一发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法而得到的。
[0022] 解决上述课题的第8发明涉及的高炉喷吹煤的利用方法的特征在于，将通过上述 第1至第6中任一发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法而得到的高炉喷吹煤从送风口向高炉 设备的高炉主体的内部喷吹。
[0023]发明效果
[0024]根据本发明，担载于煤的金属纳米粒子化而该煤中均匀地分散，加速燃烧灰、纳米 粒子化的所述金属、与高炉主体内的炉渣的混合均匀化，由此可以得到即使增加向高炉主 体内的喷吹量，也难以发生该高炉主体内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤。
【附图说明】
[0025]图1是表示本发明的一个实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法的顺序的流程 图。
[0026] 图2是将本发明的一个实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法中使用的煤的灰分 中的Al、Si、Ca、Mg氧化物的总重量设为100重量％并将Al 203含量设为20重量％时的Si02-Ca0-Mg0-20%Al203的4元系相图。
[0027] 图3是表示本发明的一个实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法中使用的（Ca0+ Mg0)/Si02的重量比与灰熔点的关系的图表。
【具体实施方式】
[0028] 基于【附图说明】本发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方法的 实施方式，但本发明不仅限于基于【附图说明】的以下实施方式。
[0029] 基于图1~图3说明本发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法、高炉喷吹煤及其利用方 法的一个实施方式。
[0030] 本实施方式涉及的高炉喷吹煤是从送风口向高炉设备的高炉主体的内部喷吹的 高炉喷吹煤，如图1所示，可通过如下工序容易地制备:对煤的原煤时的煤的灰分进行分析， 并且对煤的灰分中的41、31、0 &、1%的重量％进行分析(第1工序31);基于分析得到的数据， 导出煤的灰熔点（第2工序S2);基于导出的所述煤的灰熔点，选定担载于该煤的金属种类， 并且导出所述金属向该煤的担载量(第3工序S3);基于上述第3工序S3中得到的数据，通过 离子交换法将上述担载量的所述金属担载于所述煤(第4工序S4);将担载有所述金属的所 述煤(以下称为金属担载煤)干馏(第5工序S5)。
[0031]上述第1工序S1中，煤的原煤时的煤的灰分的组成是作为煤(原煤）的品质最基本 地使用的数据，可以使用通过在原煤的产出时或使用时等实施的例如JIS M8812(2004)规 定的工业分析而得到的数据。
[0032]上述第1工序S1中，煤的灰分中的六1、51、0&、1&1的重量％是作为煤(原煤)的品质最 基本地使用的数据，可以使用通过在原煤的产出时或使用时等实施的例如JIS K 0083规定 的废气中的金属分析方法(基于ICP(高频电感耦合等离子体）的方法）、JIS M 8815规定的 煤灰和焦炭灰的分析方法而得到的数据。
[0033]作为上述第1工序S1中分析的煤(原煤），优选使用例如褐煤、次烟煤等通常大量包 含羧基(-C00H)、羟基(-OH)的低品质煤(氧原子含有比例（干燥基准）：超过18重量％、平均 细孔径：3~4nm) 〇
[0034] 上述第2工序S2中，所述煤的灰熔点可以基于上述第1工序S1中得到的数据(所述 煤的灰分中的六1、51、0&、1^的重量％)，将灰分中的六1、51、0 &、1^氧化物设为100重量％，将 Al2〇3含量换算为20重量％，例如使用图2所示Si0 2-Ca0-Mg0-20%A1203的4元系相图而导出。
[0035] 上述第3工序S3中，担载于所述煤的金属种类优选基于上述第1工序S1中得到的数 据(将灰分中的41、31、0&、1%氧化物设为100重量％，将六1 203含量换算为20重量％时的5102 重量％、CaO重量％、MgO重量％)和上述第2工序S2中得到的数据(煤的灰熔点)而选定。
[0036] 作为所述金属的种类(金属种类），例如优选选择镁(Mg)、钙(Ca)等碱土类金属中 的至少1种。特别是在所述煤的灰分中的硅(Si)成分多（以Si0 2重量％计，例如为75重量％ 以上）、灰的熔点高(例如1500°C以上)的情况下，优选将钙(Ca)担载于所述煤。
[0037]上述第3工序S3中，担载于所述煤的金属的担载量优选基于将上述第1工序中得到 的数据(将灰分中的41、51、0&、1%氧化物设为100重量％，将4120 3含量换算为20重量％时的 Si〇2重量％、CaO重量％、MgO重量％、煤的灰熔点）、与该第3工序S3中选定的所述金属而导 出。
[0038]上述第4工序S4中，所述金属担载煤可以通过例如在所述金属的碱性水溶液(例如 Ca(OH)2、Mg(0H)2等）中将所述煤浸渍一定时间（例如1小时~8小时），并脱水而得到。
[0039]在上述第5工序S5中，优选将所述金属担载煤在窑炉等热处理炉中以例如350~ 550°C热处理例如30分钟~2小时，以使残留挥发成分成为15~35%。由此，所述金属纳米粒 子化(几十nm~几百nm)，从而在所得到的高炉喷吹煤中均匀地分散。
[0040]通过这样的本实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法制造的高炉喷吹煤是按照 将煤的灰分中的41、51、0&、1^氧化物设为100重量％并将该灰分中的4120 3含量设为20重 量％时所述煤的灰熔点低于1400°C的方式，通过离子交换法将金属担载于煤，并将担载有 所述金属的煤干馏而成的，因此担载于煤的金属纳米粒子化而在该煤中均匀地分散，加速 燃烧灰、纳米粒子化的所述金属、与高炉主体内的炉渣的混合均匀化，由此可以得到即使增 加向高炉主体内的喷吹量，也难以发生该高炉主体内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤。由 此，能够削减焦炭使用量。
[0041] 此外，纳米粒子化的所述金属发挥催化剂作用，在氧存在下即使低温下也能促进 燃烧、气化反应。
[0042] 所述煤的灰分和所述金属在所述煤中分散，纳米粒子化的所述金属、燃烧灰、与炉 渣的混合在煤燃烧后开始，因此通过在向高炉主体的送风口喷吹前将所述金属纳米粒子 化，燃烧快速开始、结束，混合开始变快，由此均匀化速度变快。
[0043] 通过在向高炉主体的送风口喷吹前将所述煤干馏，从而不需要热分解热，不活性 的热分解气体的产生量变少，因此燃烧温度变高，燃烧速度变大，由此燃烧快速结束，混合 开始变快。
[0044] 即，通过在向高炉主体的送风口喷吹前将所述煤干馏，由于煤性状的变化和所述 金属的纳米粒子化，而燃烧被加速，纳米粒子化的所述金属、燃烧炭、与炉渣的混合在早期 实施，它们的混合均匀化被加速，混合炉渣的流动性增大，从而排出性提高。
[0045] 上述专利文献2中，由于喷吹焊剂，需要对每个高炉设置该焊剂用的储藏罐和喷吹 喷嘴，根据高炉的数量而装置复杂化，但在本实施方式中，由于可以得到所期望的高炉喷吹 煤，所以装置不会变得复杂，能够提高高炉的操作可靠性。
[0046] 需要说明的是，在将钙担载于所述煤的情况下，将所述煤的灰分中的Al、Si、Ca、Mg 氧化物的总重量设为100重量％并将A1 203含量换算为20重量％时，氧化钙(CaO)与氧化镁 (MgO)的总重量％相对于二氧化硅（Si0 2)的重量％优选为0.2( = 0.14/0.66)以上且1.55 (=0.486/0.314)以下，更优选为0.25( =0.16/0.64)以上且 1，4( =0.47/0.33)以下，进一 步优选为〇. 35( =0.208/0.592)以上且1 ( =0.4/0.4)以下。即，优选按照氧化钙(CaO)与氧 化镁(MgO)的总重量％成为14重量％~48重量％的方式将氧化钙担载于所述煤，更优选按 照氧化钙(CaO)与氧化镁(MgO)的总重量％成为16重量％~47重量％的方式将氧化钙担载 于所述煤，进一步优选按照氧化钙(CaO)与氧化镁(MgO)的总重量％成为21重量％~40重 量％的方式将氧化钙担载于所述煤。这是由于，对于灰分的组成和灰熔点已知的各种煤，若 着眼于氧化钙和氧化镁与二氧化硅的重量比和灰熔点来总结，则成为图3所示的黑圆，这些 数据的近似线成为图3所示曲线L1。即，这是由于，如图3所示，若(Ca0+Mg0)/Si0 2小于0.2、 或大于1.55,则上述高炉喷吹煤的灰熔点变得高于1400°C而不优选，若(Ca0+Mg0)/Si0 2小 于0.25、或大于1.4,则上述高炉喷吹煤的灰熔点变得高于1300°C而不优选，若(Ca0+Mg0)/ Si0 2小于0.35、或大于1，则上述高炉喷吹煤的灰熔点变得高于1200°C而不优选。
[0047][其它实施方式]
[0048]以上对于通过离子交换法将Mg、Ca等碱土金属担载于煤的高炉喷吹煤的制备方法 进行了说明，还可以是将铍(Be)等碱土金属作为所述金属担载于所述煤的高炉喷吹煤的制 备方法。这样的高炉喷吹煤的制备方法也起到与上述的实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备 方法同样的作用效果。
[0049] 另外，还可以是将铝(A1)等硼族元素担载于煤的高炉喷吹煤的制备方法。这样的 高炉喷吹煤的制备方法也起到与上述的实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法同样的作 用效果。
[0050] 还可以是将Li、Na、K等碱金属担载于煤的高炉喷吹煤的制备方法。这样的高炉喷 吹煤的制备方法也起到与上述的实施方式涉及的高炉喷吹煤的制备方法同样的作用效果。 [0051 ] 实施例
[0052]以下说明为了确认本发明涉及的高炉喷吹煤的制备方法的作用效果而进行的实 施例，但本发明不仅限于基于各种数据说明的以下实施例。
[0053]首先，如图1所示，对炭种A的煤的原煤时的水分含量和煤的灰分进行分析，并且事 先分析煤的灰分中的六1、31、0&、1%的重量％(第1工序51)。
[0054][表1]
[0056] 对于上述炭种A而言，将该炭种A的灰分中的41、31、0&、1%氧化物的总重量设为100 重量％并将AI2O3含量换算为20重量％时，该炭种A的灰分中的Si、Ca、Mg的各氧化物的含量 分别表示为上述的表1所示的值。由此，上述炭种A的灰熔点在将煤的灰分中的Al、Si、Ca、Mg 氧化物设为100重量％并将A1 203含量换算为20重量％时的Si〇2-Ca〇-Mg〇-20%Al2〇3的4元系 相图的图2中，位于炭种A的位置。
[0057] 接着，基于将上述炭种A的灰分中的Al、Si、Ca、Mg氧化物的总重量设为100重量％ 并将A120 3含量换算为20重量％时的该灰分中的CaO含量、MgO含量、与Si02含量，例如，使用 图2求出上述炭种A的灰熔点。
[0058] 接着，从上述炭种A的灰恪点和煤的灰恪点低于1400的区域，选定担载于上述炭种 A的金属种类，并且导出选定的金属向炭种A的担载量。在此，已知通过将约10重量％的0 &0 担载于上述炭种A，煤的灰恪点成为1400 °C以下，因此选定CaO作为担载于上述炭种A的金属 种类，作为其担载量导出10重量％。
[0059] 接着，通过离子交换法将上述CaO担载于上述炭种A，通过干馏，可以得到灰熔点为 1400°C以下的高炉喷吹煤。
[0060] 由此，根据本实施例可以明确，通过对煤的原煤时的煤的灰分进行分析，并且对煤 的灰分中的41、51、0&、1^的重量％进行分析，基于分析得到的数据，导出所述煤的灰熔点， 基于所得到的数据，按照所述煤的灰分的熔点成为1200~1400°C的方式，选定担载于该煤 的CaO(金属种类），并且导出其担载量，通过离子交换法将上述担载量的所述金属担载于所 述煤并干馏，从而担载于煤的金属纳米粒子化而在该煤中均匀地分散，加速燃烧灰、纳米粒 子化的所述金属、与高炉主体内的炉渣的混合均匀化，由此可以得到即使增加向高炉主体 内的喷吹量，也难以发生该高炉主体内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤。
[0061 ] 产业上的可利用性
[0062]根据本发明，可以得到即使增加向高炉主体内的喷吹量，也难以发生该高炉主体 内的炉渣的流动不良的高炉喷吹煤，因而在制铁产业中可以极为有益地利用。
[0063] 符号说明
[0064] L1由数据求出的近似线（表示高炉喷吹煤的（Ca0+Mg0)/Si02与灰熔点的关系的 线)、
[0065] S1第1工序(分析工序）、
[0066] S2第2工序(煤的灰熔点导出工序）、
[0067] S3第3工序(担载金属种类选定和担载量导出工序）、
[0068] S4第4工序(担载工序）、
[0069] S5第5工序(干馏工序）
【主权项】
1. 一种高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于，是从送风口向高炉设备的高炉主体的内 部喷吹的高炉喷吹煤的制备方法，具有如下工序： 第1工序，对煤的原煤时的煤的灰分、以及该灰分中的Al、Si、Ca、Mg的重量％进行分析； 第2工序，基于分析得到的数据，导出所述煤的灰熔点； 第3工序，基于所述第1工序和所述第2工序中得到的数据，按照所述煤的灰分的熔点成 为1200~1400°C的方式，选定担载于该煤的金属种类，并导出其担载量； 第4工序，通过离子交换法将所述担载量的所述金属担载于所述煤； 第5工序，将所述第4工序中得到的所述煤干馏。2. 如权利要求1所述的高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于， 所述金属为钙或镁中的至少1种。3. 如权利要求1或权利要求2所述的高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于， 在所述第5工序中，所述煤在350~550°C进行热处理而残留挥发成分变成15~35%。4. 如权利要求1至权利要求3中任一项所述的高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于， 所述金属向所述煤的担载量以(Ca0+Mg0)/Si02的重量比计为0.2~1.55。5. 如权利要求4所述的高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于， 所述金属向所述煤的担载量以(Ca0+Mg0)/Si02的重量比计为0.25~1.4。6. 如权利要求5所述的高炉喷吹煤的制备方法，其特征在于， 所述金属向所述煤的担载量以(Ca0+Mg0)/Si02的重量比计为0.35~1。7. -种高炉喷吹煤，其特征在于，通过权利要求1至权利要求6中任一项所述的高炉喷 吹煤的制备方法而得到。8. -种高炉喷吹煤的利用方法，其特征在于，将通过权利要求1至权利要求6中任一项 所述的高炉喷吹煤的制备方法而得到的高炉喷吹煤从送风口喷吹高炉设备的高炉主体的 内部。
【文档编号】C21B5/00GK106029911SQ201480075882
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2014年11月17日
【发明人】中川庆, 中川庆一, 大本节男
【申请人】三菱重工业株式会社