转炉用加热材料的制作方法

转炉用加热材料的制作方法
【专利摘要】本发明提供能够减少来自化石资源的CO2产生量，并且硫含量低，而且能够稳定地制造出所需量的转炉用加热材料。一种转炉用加热材料，是将植物类生物质碳化而制造碳化物，以所述碳化物作为主原料添加粘合剂及水分并进行成型而得到的转炉用加热材料，其在除去水分后的干燥状态下的组成为固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质量％以下、硫成分0.1质量％以下且余量为灰分，另外的水分为所述除去水分后的干燥状态下的质量的5质量％以下。
【专利说明】转炉用加热材料

【技术领域】
[0001] 本发明涉及以碳中性的来自油棕的植物类生物质作为原料制造碳化物，向所述碳 化物中添加粘合剂并进行成型而得到的硫含量低的转炉用加热材料。

【背景技术】
[0002] 在炼钢工序中，通过向转炉中鼓入氧气，将以碳为代表的杂质形成为氧化物而除 去。
[0003] 另一方面，从钢铁制品材料特性方面的要求考虑，在作为转炉的前工序的铁水预 处理中进行除去铁水中S、P等的处理，但铁水温度由于该处理而降低。另外，从减少二氧化 碳排放量的观点考虑，尝试了意在增加投入到转炉中的废料而降低铁水配合率的操作。
[0004] 因此，一直以来，在转炉中利用铁水中含有的碳成分的氧化热的热量不足，从而投 入将煤、焦炭粉、石墨、电极粉、Sic等进行成型而得到的固体物作为加热材料，以补充不足 的热量。
[0005] 对于这种转炉用加热材料，公开了以下技术。
[0006] 例如，在专利文献1中，通过将特定粒度分布的煤、焦炭粉、石墨等碳粉与粘合剂 调湿至特定水分率并进行混炼，然后高压成型、干燥，能够将碳粉成型为充分强度的固体 物。
[0007] 另外，在专利文献2中，通过将碳粉限定为由在高温下烧成的电极或电极屑而得 到的碳粉，能够使硫成分为〇. 01质量％以下。
[0008] 现有技术文献
[0009] 专利文献
[0010] 专利文献1 :日本特开平2-270922号公报
[0011] 专利文献2 :日本特开平8-269523号公报


【发明内容】

[0012] 发明所要解决的问题
[0013] 然而，专利文献1中记载的使用煤、焦炭粉等碳粉的转炉用加热材料，由于硫含量 多达0. 5质量％左右，因此，如果考虑根据钢铁制品的材料特性方面的要求确定的钢水中 的硫含量上限，则其使用量受到限制。
[0014] 相反，为了得到所希望的加热量而加入所需的加热材料量，结果钢水中存在超过 钢水中的硫含量上限的量的硫，此时，在转炉的后工序中需要通过RH真空脱气设备等进行 脱硫，经济性差。
[0015] 另外，如专利文献2所记载的，在将使用的碳粉限定为电极或电极屑时，超过废弃 的电极和电极屑的产生量，则无法制造加热材料。
[0016] 本发明鉴于上述情况而完成，其目的在于提供转炉用加热材料，其通过以碳中性 的生物质作为转炉用加热材料的主原料，能够减少来自以往用作原料的煤、焦炭、石墨等化 石资源的co2产生量，并且硫含量低，而且能够稳定地制造出所需量。
[0017] 用于解决问题的方法
[0018] 为了解决上述问题，在本发明中，通过以植物类生物质作为原料制造碳化物、向该 碳化物中添加粘合剂及水并成型为规定形状的固体物，能够减少来自化石资源的C0 2产生 量，并且得到硫含量低的转炉用加热材料。
[0019] 在此，作为原料的植物类生物质，例如为木质系和草本系的植物类生物质。作为特 别优选的植物类生物质，主要使用在由马来西亚、印度尼西亚两国的种植园中栽培的油棕 (oil palm)制造粗棕榈油的过程中排出的来自油棕的生物质。
[0020] 更详细而言，来自油棕的生物质是油棕的PKS(Palm Kernel Shell，棕榈壳）、 EFB (Empty Fruit Bunch,空果串）、树干（trunks)、修剪屑（修剪掉的枝、叶等）等。
[0021] 基于以上内容，本发明具有以下所述的特征。
[0022] [1] -种转炉用加热材料，是将植物类生物质碳化而制造碳化物，向所述碳化物中 添加粘合剂及水分并进行成型而得到的转炉用加热材料，其在除去水分后的干燥状态下的 组成为固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质量％以下、硫成分0. 1质量％以下且余量 为灰分，另外的水分为所述除去水分后的干燥状态下的质量的5质量％以下。
[0023] [2] -种转炉用加热材料，是将植物类生物质碳化而制造碳化物，以所述碳化物作 为主原料并混合选自由煤和焦炭组成的组中的至少一种而制造混合物，向所述混合物中添 加粘合剂及水分并进行成型而得到的转炉用加热材料，其在除去水分后的干燥状态下的组 成为固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质量％以下、硫成分0. 1质量％以下且余量为 灰分，另外的水分为所述转炉用加热材料在干燥状态下的质量的5质量％以下。
[0024] [3]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述转炉用加热材料具有50kgf/ 个以上的抗碎强度。
[0025] [4]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述植物类生物质为选自由油棕 的棕榈壳、空果串、树干和修剪屑组成的组中的至少一种。
[0026] [5]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述粘合剂为选自由淀粉、羧甲基 纤维素和玉米淀粉组成的组中的至少一种。
[0027] [6]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述粘合剂具有所述碳化物质量 的1质量％?15质量％的添加量。
[0028] [7]如[3]所述的转炉用加热材料，其中，所述抗碎强度为50?116kgf/个。
[0029] [8]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，作为所述转炉用加热材料的原料 的碳化物具有3mm以下的粒径。
[0030] [9]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述固定碳成分为70?86质 量％。
[0031] [10]如[1]或[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述挥发成分为5?20质量％。
[0032] [11]如[2]所述的转炉用加热材料，其中，所述副原料相对于主原料为10?15质 量％。
[0033] 发明效果
[0034] 在本发明中，使用以碳中性的来自油棕等的植物类生物质作为原料制造碳化物并 以该碳化物作为主原料添加粘合剂而成型的硫含量低至〇. 1质量％以下的转炉用加热材 料来代替以往使用的以煤、焦炭、石墨等化石资源为原料的转炉用加热材料，由此，有助于 降低化石资源消耗量，减少作为温室效应气体的co2的产生，解决地球变暖的问题。
[0035] 另外，近年来，从防止地球变暖的观点考虑，减少二氧化碳的排放量成为一项紧要 课题，作为减少二氧化碳排放量的方法，进行了以下的技术开发。
[0036] ?减少进料的碳量。
[0037] ?回收产生的二氧化碳。
[0038] ?将以往的煤/石油等替换为碳中性的碳源。
[0039] 在此，作为上述碳中性的碳源，已知有植物类生物质。作为日本国内能够收集的植 物类生物质，有建筑房屋解体时产生的木材废弃物、锯木厂产生的木质系废弃物、森林等中 的修剪废弃物、农业系废弃物等。
[0040] 但是，建筑房屋解体时产生的木材废弃物、锯木厂产生的木质系废弃物的现状是， 来源集中，并且大多已确立了收集路线，因此其用途开发不断在发展，供不应求，能够作为 能源利用的量受到限制。另外，森林等中的修剪废弃物、农业系废弃物等的现状是，来源广 泛分布于国内，在输出、收集方面产生费用，因此从价格方面考虑，难以作为能源利用。
[0041] 相对于此，棕榈油在全世界一年约生产3600万吨，其中约90%是在马来西亚和印 度尼西亚两国生产的农产品。棕榈油是由油棕的果实制造的，与大豆油等相比较为廉价， 因此除了食用油以外，还多用于洗涤剂等工业用途。采集棕榈油的棕榈果实结成被称为 Bunch(串）的块状纤维的集合体。对棕榈果实进行榨油，得到粗棕榈油，此时作为棕榈果实 的壳的PKS以被粉碎的状态成为副产品。
[0042] 对棕榈果实进行采集后的Bunch被称为EFB (Empty Fruit Bunch，空果串）。EFB 的碱含量，特别是K的含量高，如果直接用作燃料，则挥发的K在锅炉的热交换器中生成炉 渣，有时会妨碍运行，因此一般不用作燃料。另外，由于作为工业原料的用途也未开发，因此 其现状是，在大多情况下堆放在棕榈油工厂的周边区域，并且因腐蚀而产生甲烷气等温室 效应气体，从而可能会促进地球变暖。
[0043] 因此，使用将由PKS、EFB、树干、修剪枝等来自油棕的生物质原料制造的碳中性的 碳化物成型而得到固体物来代替将煤、焦炭粉、石墨、电极粉、SiC等成型而得到的固体物作 为转炉用加热材料，从防止地球变暖的观点考虑是非常重要的。
[0044] 在棕榈油的制造工序中，为了进行榨油而将结出棕榈果实的油棕果实串堆积在棕 榈油工厂中。因此，在来自油棕的生物质原料中，特别是PKS和EFB，无需额外的收集费用就 堆积在棕榈油工厂中。通过使用不需要收集费用的廉价原料，能够制造廉价的碳化物。
[0045] 如上所述，作为转炉用加热材料中的碳源，仅使用将植物类生物质碳化而得到的 碳化物，这从减少转炉用加热材料中的硫含量以及代替煤、焦炭、石墨等化石资源从而减少 co2产生量这两个方面考虑是最优选的，在转炉用加热材料中的硫含量为0. 1质量％以下的 范围内，也可以将植物类生物质碳化得到的碳化物的一部分置换为煤、焦炭进行成型。
[0046] 另外，为了高效地对少量添加的硫成分进行脱硫，还可以进一步加入脱硫剂对转 炉用加热材料进行成型。

【专利附图】

【附图说明】
[0047] 图1是表示本发明的一个实施方式中使用的外热式回转窑的图。
[0048] 图2是表示本发明的一个实施方式中使用的碳化实验装置的图。
[0049] 图3是表示本发明的一个实施方式中使用的混合器和辊式成型机的图。

【具体实施方式】
[0050] 基于附图对本发明的一个实施方式进行说明。
[0051] 在本发明的一个实施方式中，使用碳化装置将作为原料的植物类生物质碳化而制 造碳化物，以该碳化物作为主原料添加粘合剂及水分，利用成型装置进行成型，从而得到转 炉用加热材料。
[0052] 在此，作为原料的植物类生物质，主要使用油棕的PKS(棕榈壳）、EFB(空果串） 等。并且，进行制造以使使用由该植物类生物质制造的碳化物进行成型而得到的转炉用加 热材料的组成在除去水分后的干燥状态下为固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质 量％以下、余量为灰分并且硫成分为〇. 1质量％以下，在成型后，干燥至另外的水分为所述 干燥状态下的质量的5质量％以下。其中干燥状态是指放入105°C的高温槽中进行干燥而 达到恒量的状态。转炉用加热材料的组成通过对该干燥状态的材料进行工业分析和成分分 析而求出。
[0053] 在此，如果转炉用加热材料的组成在除去水分后的干燥状态下为固定碳成分75 质量％以上、挥发成分12质量％以下、余量为灰分并且硫成分为0. 1质量％以下，则单位质 量的热量增加，因此更优选。另外，如果干燥至水分为所述干燥状态下的质量的1质量％以 下，则强度提高，因此更优选。
[0054] 需要说明的是，优选将碳化物的粒径设定为3_以下，以使转炉用加热材料（干燥 后的煤砖）的抗碎强度为50kgf/个以上。如果碳化物的粒径为2mm以下、进一步为1. 5mm 以下，则强度提高，因此更优选。
[0055] 并且，作为将植物类生物质碳化的碳化装置，使用回转窑（从外部得到碳化所需 热的外热式回转窑、燃烧部分原料得到碳化所需热的内热式回转窑）、间歇式炉、坚炉等。
[0056] 图1表示使用外热式回转窑11作为碳化装置10的情况，投入至外热式回转窑11 中的生物质原料（植物类生物质）1，通过来自燃烧炉12的高温气体的热而碳化，形成碳化 物2,贮留在碳化物贮留槽13中。需要说明的是，生物质原料1碳化时产生的焦油被回收至 焦油回收槽14中。
[0057] 另外，在马来西亚还实施如下方法：通过挖掘地面，限定空气的流动，从而一边限 制氧气的供给，一边将PKS碳化，制造碳化物。
[0058] 在此，关于所制造的碳化物的组成，可以对贮留在碳化物贮留槽13中的碳化物2 取样调查，也可以根据情况用图2所示的具有反应管17和加热炉18的碳化实验装置16中 得到的碳化物进行分析。
[0059] 而且，对于如上制造的碳化物2,在包含粒径超过3mm的碳化物时（例如，粒径分布 在约1mm?约10mm的范围内），作为使用成型装置进行成型的前处理，使用3mm网眼的筛， 仅筛选出粒径为3mm以下的碳化物。根据需要，使用切碎机将所制造的碳化物2粉碎后，使 用3mm网眼的筛，仅筛选出粒径为3mm以下的碳化物。
[0060] 此时，中值粒径D50优选为2mm以下。在此，中值粒径D50是在以通过粒径筛孔的 量的质量百分率（％)为纵轴、以粒径为对数标度的横轴而绘制的图中读取质量百分率为 50 %时的粒径而确定的。
[0061] 需要说明的是，作为转炉用加热材料的原料，在作为主原料的碳化物2的基础上， 还可以根据需要混合作为副原料的煤等（煤和/或焦炭）。但是，将成型为转炉用加热材 料后的硫含量设定为〇. 1质量％以下。为了使成型为转炉用加热材料后的硫含量为〇. 1质 量％以下，优选将作为低硫含量碳材料的碳化物2的使用比率设定为转炉用加热材料干燥 状态下的质量的80质量％以上。另外，根据需要，还可以混合精炼剂（脱硫材料）。
[0062] 此时，优选对碳化物2以及混合的副原料（煤等）进行筛选而使粒径为3mm以下， 从而使转炉用加热材料（干燥后的煤砖）的抗碎强度达到50kgf/个以上。如果碳化物2 以及混合的副原料（煤等）的粒径为2mm以下、进一步为1.5mm以下，则强度提高，因此更 优选。
[0063] 接着，如图3 (a)所示，对仅粒径为3mm以下的碳化物2或者根据需要在碳化物2中 混合了煤等（煤和/或焦炭）22的混合物，添加规定量的粘合剂24和水23,用混合器25 (搅 拌叶26)搅拌，然后，对于所得到的原料粉末2A，使用图3 (b)所示的辊式成型机20将辊21 间的线压设为规定值（例如，2tf/cm)，成型为煤砖3。然后，将成型后的煤砖3放入到规定 气氛温度（例如，l〇5°C)的恒温槽中，干燥至恒量，得到转炉用加热材料。
[0064] 此时，将得到的转炉用加热材料（干燥后的煤砖3)的抗碎强度为50kgf/个以上 的情况设定为1级合格品。其原因在于，如果抗碎强度为50kgf/个左右，则在实际操作中 容易操作，并且可以减小在转炉中用作加热材料时碎裂飞散而无法有效利用的比率。
[0065] 需要说明的是，作为上述粘合剂，只要成型为转炉用加热材料后的硫含量为0. 1 质量％以下，则使用含有硫成分的粘合剂也没有关系。更优选使用不含硫成分的淀粉、羧甲 基纤维素、玉米淀粉等。
[0066] 这些粘合剂与膨润土等无机系的粘合剂相比，以C、Η为主要成分，因而在由粘合 剂也能够得到作为加热材料的热量、以及不含Si0 2方面也是优良的。
[0067] 粘合剂添加量根据碳化物的形状、粒度而存在不同的适合量，但优选相对于碳化 物的质量为1质量％以上且15质量％以下。当粘合剂的添加量为1质量％以下时，煤砖3 的强度低于50kgf/个，操作变得困难。另外，当粘合剂的添加量超过15质量％时，成型体 从成型用的辊上的脱模情况变差，生产率下降。
[0068] 如上所述，在本实施方式中，能够减少来自化石资源的C02产生量，并且能够稳定 地制造所需量的硫含量低的转炉用加热材料。
[0069] 实施例1
[0070] 对本发明的实施例进行描述。
[0071] 首先，对所制造的转炉用加热材料（转炉加热材料）的组成进行比较。
[0072] 此时，作为本发明例，基于上述本发明的实施方式，使用图2所示的碳化实验装 置，以油棕的PKS (棕榈壳）这一植物类生物质作为原料制造碳化物，筛选得到的碳化物，将 粒径调整至3_以下，根据需要将煤等（煤和/或焦炭）与该碳化物混合，添加碳化物和煤 等合计质量的4质量％的淀粉（经α化处理的），再添加碳化物和煤等合计质量的14质 量％的水分，用混合器搅拌和混合，使用可以得到44_见方的马赛克型成型体的辊式成型 机成型为煤砖，成型后在干燥炉中在l〇5°C的温度下干燥至水分为煤砖质量的1质量％以 下，制造转炉加热材料。然后，分析制造后的转炉加热材料的组成。
[0073]另外，作为现有例，将以往用于转炉用加热材料的碳化物（煤、焦炭）作为原料，将 粒径调整至3mm以下，也对成型后的转炉加热材料的组成进行调查。
[0074] 将其结果示于表1。
[0075] [表 1]
[0076]

【权利要求】
1. 一种转炉用加热材料，是将植物类生物质碳化而制造碳化物，向所述碳化物中添加 粘合剂及水分并进行成型而得到的转炉用加热材料，其在除去水分后的干燥状态下的组成 为固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质量％以下、硫成分0. 1质量％以下且余量为灰 分，另外的水分为所述除去水分后的干燥状态下的质量的5质量％以下。
2. -种转炉用加热材料，是将植物类生物质碳化而制造碳化物，以所述碳化物作为主 原料并混合选自由煤和焦炭组成的组中的至少一种而制造混合物，向所述混合物中添加粘 合剂及水分并进行成型而得到的转炉用加热材料，其在除去水分后的干燥状态下的组成为 固定碳成分70质量％以上、挥发成分20质量％以下、硫成分0. 1质量％以下且余量为灰 分，另外的水分为所述转炉用加热材料在干燥状态下的质量的5质量％以下。
3. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述转炉用加热材料具有50kgf/ 个以上的抗碎强度。
4. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述植物类生物质为选自由油棕的 棕榈壳、空果串、树干和修剪屑组成的组中的至少一种。
5. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述粘合剂为选自由淀粉、羧甲基 纤维素和玉米淀粉组成的组中的至少一种。
6. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述粘合剂具有所述碳化物质量的 1质量％?15质量％的添加量。
7. 如权利要求3所述的转炉用加热材料，其中，所述抗碎强度为50?116kgf/个。
8. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，作为所述转炉用加热材料的原料的 碳化物具有3mm以下的粒径。
9. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述固定碳成分为70?86质量％。
10. 如权利要求1或2所述的转炉用加热材料，其中，所述挥发成分为5?20质量％。
11. 如权利要求2所述的转炉用加热材料，其中，副原料相对于主原料为10?15质 量％。
【文档编号】B09B3/00GK104160042SQ201380011800
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2013年1月15日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】鹤田秀和, 浅沼稔, 松野英寿, 小泽纯仁 申请人:杰富意钢铁株式会社