轉爐用加熱材料的制作方法
【專利摘要】本發明提供能夠減少來自化石資源的CO2產生量，并且硫含量低，而且能夠穩定地制造出所需量的轉爐用加熱材料。一種轉爐用加熱材料，是將植物類生物質碳化而制造碳化物，以所述碳化物作為主原料添加粘合劑及水分并進行成型而得到的轉爐用加熱材料，其在除去水分后的干燥狀態下的組成為固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質量％以下、硫成分0.1質量％以下且余量為灰分，另外的水分為所述除去水分后的干燥狀態下的質量的5質量％以下。
【專利說明】轉爐用加熱材料
【技術領域】
[0001] 本發明涉及以碳中性的來自油棕的植物類生物質作為原料制造碳化物，向所述碳 化物中添加粘合劑并進行成型而得到的硫含量低的轉爐用加熱材料。
【背景技術】
[0002] 在煉鋼工序中，通過向轉爐中鼓入氧氣，將以碳為代表的雜質形成為氧化物而除 去。
[0003] 另一方面，從鋼鐵制品材料特性方面的要求考慮，在作為轉爐的前工序的鐵水預 處理中進行除去鐵水中S、P等的處理，但鐵水溫度由于該處理而降低。另外，從減少二氧化 碳排放量的觀點考慮，嘗試了意在增加投入到轉爐中的廢料而降低鐵水配合率的操作。
[0004] 因此，一直以來，在轉爐中利用鐵水中含有的碳成分的氧化熱的熱量不足，從而投 入將煤、焦炭粉、石墨、電極粉、Sic等進行成型而得到的固體物作為加熱材料，以補充不足 的熱量。
[0005] 對于這種轉爐用加熱材料，公開了以下技術。
[0006] 例如，在專利文獻1中，通過將特定粒度分布的煤、焦炭粉、石墨等碳粉與粘合劑 調濕至特定水分率并進行混煉，然后高壓成型、干燥，能夠將碳粉成型為充分強度的固體 物。
[0007] 另外，在專利文獻2中，通過將碳粉限定為由在高溫下燒成的電極或電極屑而得 到的碳粉，能夠使硫成分為〇. 01質量％以下。
[0008] 現有技術文獻
[0009] 專利文獻
[0010] 專利文獻1 :日本特開平2-270922號公報
[0011] 專利文獻2 :日本特開平8-269523號公報
【發明內容】
[0012] 發明所要解決的問題
[0013] 然而，專利文獻1中記載的使用煤、焦炭粉等碳粉的轉爐用加熱材料，由于硫含量 多達0. 5質量％左右，因此，如果考慮根據鋼鐵制品的材料特性方面的要求確定的鋼水中 的硫含量上限，則其使用量受到限制。
[0014] 相反，為了得到所希望的加熱量而加入所需的加熱材料量，結果鋼水中存在超過 鋼水中的硫含量上限的量的硫，此時，在轉爐的后工序中需要通過RH真空脫氣設備等進行 脫硫，經濟性差。
[0015] 另外，如專利文獻2所記載的，在將使用的碳粉限定為電極或電極屑時，超過廢棄 的電極和電極屑的產生量，則無法制造加熱材料。
[0016] 本發明鑒于上述情況而完成，其目的在于提供轉爐用加熱材料，其通過以碳中性 的生物質作為轉爐用加熱材料的主原料，能夠減少來自以往用作原料的煤、焦炭、石墨等化 石資源的co2產生量，并且硫含量低，而且能夠穩定地制造出所需量。
[0017] 用于解決問題的方法
[0018] 為了解決上述問題，在本發明中，通過以植物類生物質作為原料制造碳化物、向該 碳化物中添加粘合劑及水并成型為規定形狀的固體物，能夠減少來自化石資源的C0 2產生 量，并且得到硫含量低的轉爐用加熱材料。
[0019] 在此，作為原料的植物類生物質，例如為木質系和草本系的植物類生物質。作為特 別優選的植物類生物質，主要使用在由馬來西亞、印度尼西亞兩國的種植園中栽培的油棕 (oil palm)制造粗棕櫚油的過程中排出的來自油棕的生物質。
[0020] 更詳細而言，來自油棕的生物質是油棕的PKS(Palm Kernel Shell，棕櫚殼）、 EFB (Empty Fruit Bunch,空果串）、樹干（trunks)、修剪屑（修剪掉的枝、葉等）等。
[0021] 基于以上內容，本發明具有以下所述的特征。
[0022] [1] -種轉爐用加熱材料，是將植物類生物質碳化而制造碳化物，向所述碳化物中 添加粘合劑及水分并進行成型而得到的轉爐用加熱材料，其在除去水分后的干燥狀態下的 組成為固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質量％以下、硫成分0. 1質量％以下且余量 為灰分，另外的水分為所述除去水分后的干燥狀態下的質量的5質量％以下。
[0023] [2] -種轉爐用加熱材料，是將植物類生物質碳化而制造碳化物，以所述碳化物作 為主原料并混合選自由煤和焦炭組成的組中的至少一種而制造混合物，向所述混合物中添 加粘合劑及水分并進行成型而得到的轉爐用加熱材料，其在除去水分后的干燥狀態下的組 成為固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質量％以下、硫成分0. 1質量％以下且余量為 灰分，另外的水分為所述轉爐用加熱材料在干燥狀態下的質量的5質量％以下。
[0024] [3]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述轉爐用加熱材料具有50kgf/ 個以上的抗碎強度。
[0025] [4]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述植物類生物質為選自由油棕 的棕櫚殼、空果串、樹干和修剪屑組成的組中的至少一種。
[0026] [5]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述粘合劑為選自由淀粉、羧甲基 纖維素和玉米淀粉組成的組中的至少一種。
[0027] [6]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述粘合劑具有所述碳化物質量 的1質量％?15質量％的添加量。
[0028] [7]如[3]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述抗碎強度為50?116kgf/個。
[0029] [8]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，作為所述轉爐用加熱材料的原料 的碳化物具有3mm以下的粒徑。
[0030] [9]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述固定碳成分為70?86質 量％。
[0031] [10]如[1]或[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述揮發成分為5?20質量％。
[0032] [11]如[2]所述的轉爐用加熱材料，其中，所述副原料相對于主原料為10?15質 量％。
[0033] 發明效果
[0034] 在本發明中，使用以碳中性的來自油棕等的植物類生物質作為原料制造碳化物并 以該碳化物作為主原料添加粘合劑而成型的硫含量低至〇. 1質量％以下的轉爐用加熱材 料來代替以往使用的以煤、焦炭、石墨等化石資源為原料的轉爐用加熱材料，由此，有助于 降低化石資源消耗量，減少作為溫室效應氣體的co2的產生，解決地球變暖的問題。
[0035] 另外，近年來，從防止地球變暖的觀點考慮，減少二氧化碳的排放量成為一項緊要 課題，作為減少二氧化碳排放量的方法，進行了以下的技術開發。
[0036] ?減少進料的碳量。
[0037] ?回收產生的二氧化碳。
[0038] ?將以往的煤/石油等替換為碳中性的碳源。
[0039] 在此，作為上述碳中性的碳源，已知有植物類生物質。作為日本國內能夠收集的植 物類生物質，有建筑房屋解體時產生的木材廢棄物、鋸木廠產生的木質系廢棄物、森林等中 的修剪廢棄物、農業系廢棄物等。
[0040] 但是，建筑房屋解體時產生的木材廢棄物、鋸木廠產生的木質系廢棄物的現狀是， 來源集中，并且大多已確立了收集路線，因此其用途開發不斷在發展，供不應求，能夠作為 能源利用的量受到限制。另外，森林等中的修剪廢棄物、農業系廢棄物等的現狀是，來源廣 泛分布于國內，在輸出、收集方面產生費用，因此從價格方面考慮，難以作為能源利用。
[0041] 相對于此，棕櫚油在全世界一年約生產3600萬噸，其中約90%是在馬來西亞和印 度尼西亞兩國生產的農產品。棕櫚油是由油棕的果實制造的，與大豆油等相比較為廉價， 因此除了食用油以外，還多用于洗滌劑等工業用途。采集棕櫚油的棕櫚果實結成被稱為 Bunch(串）的塊狀纖維的集合體。對棕櫚果實進行榨油，得到粗棕櫚油，此時作為棕櫚果實 的殼的PKS以被粉碎的狀態成為副產品。
[0042] 對棕櫚果實進行采集后的Bunch被稱為EFB (Empty Fruit Bunch，空果串）。EFB 的堿含量，特別是K的含量高，如果直接用作燃料，則揮發的K在鍋爐的熱交換器中生成爐 渣，有時會妨礙運行，因此一般不用作燃料。另外，由于作為工業原料的用途也未開發，因此 其現狀是，在大多情況下堆放在棕櫚油工廠的周邊區域，并且因腐蝕而產生甲烷氣等溫室 效應氣體，從而可能會促進地球變暖。
[0043] 因此，使用將由PKS、EFB、樹干、修剪枝等來自油棕的生物質原料制造的碳中性的 碳化物成型而得到固體物來代替將煤、焦炭粉、石墨、電極粉、SiC等成型而得到的固體物作 為轉爐用加熱材料，從防止地球變暖的觀點考慮是非常重要的。
[0044] 在棕櫚油的制造工序中，為了進行榨油而將結出棕櫚果實的油棕果實串堆積在棕 櫚油工廠中。因此，在來自油棕的生物質原料中，特別是PKS和EFB，無需額外的收集費用就 堆積在棕櫚油工廠中。通過使用不需要收集費用的廉價原料，能夠制造廉價的碳化物。
[0045] 如上所述，作為轉爐用加熱材料中的碳源，僅使用將植物類生物質碳化而得到的 碳化物，這從減少轉爐用加熱材料中的硫含量以及代替煤、焦炭、石墨等化石資源從而減少 co2產生量這兩個方面考慮是最優選的，在轉爐用加熱材料中的硫含量為0. 1質量％以下的 范圍內，也可以將植物類生物質碳化得到的碳化物的一部分置換為煤、焦炭進行成型。
[0046] 另外，為了高效地對少量添加的硫成分進行脫硫，還可以進一步加入脫硫劑對轉 爐用加熱材料進行成型。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047] 圖1是表示本發明的一個實施方式中使用的外熱式回轉窯的圖。
[0048] 圖2是表示本發明的一個實施方式中使用的碳化實驗裝置的圖。
[0049] 圖3是表示本發明的一個實施方式中使用的混合器和輥式成型機的圖。
【具體實施方式】
[0050] 基于附圖對本發明的一個實施方式進行說明。
[0051] 在本發明的一個實施方式中，使用碳化裝置將作為原料的植物類生物質碳化而制 造碳化物，以該碳化物作為主原料添加粘合劑及水分，利用成型裝置進行成型，從而得到轉 爐用加熱材料。
[0052] 在此，作為原料的植物類生物質，主要使用油棕的PKS(棕櫚殼）、EFB(空果串） 等。并且，進行制造以使使用由該植物類生物質制造的碳化物進行成型而得到的轉爐用加 熱材料的組成在除去水分后的干燥狀態下為固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質 量％以下、余量為灰分并且硫成分為〇. 1質量％以下，在成型后，干燥至另外的水分為所述 干燥狀態下的質量的5質量％以下。其中干燥狀態是指放入105°C的高溫槽中進行干燥而 達到恒量的狀態。轉爐用加熱材料的組成通過對該干燥狀態的材料進行工業分析和成分分 析而求出。
[0053] 在此，如果轉爐用加熱材料的組成在除去水分后的干燥狀態下為固定碳成分75 質量％以上、揮發成分12質量％以下、余量為灰分并且硫成分為0. 1質量％以下，則單位質 量的熱量增加，因此更優選。另外，如果干燥至水分為所述干燥狀態下的質量的1質量％以 下，則強度提高，因此更優選。
[0054] 需要說明的是，優選將碳化物的粒徑設定為3_以下，以使轉爐用加熱材料（干燥 后的煤磚）的抗碎強度為50kgf/個以上。如果碳化物的粒徑為2mm以下、進一步為1. 5mm 以下，則強度提高，因此更優選。
[0055] 并且，作為將植物類生物質碳化的碳化裝置，使用回轉窯（從外部得到碳化所需 熱的外熱式回轉窯、燃燒部分原料得到碳化所需熱的內熱式回轉窯）、間歇式爐、堅爐等。
[0056] 圖1表示使用外熱式回轉窯11作為碳化裝置10的情況，投入至外熱式回轉窯11 中的生物質原料（植物類生物質）1，通過來自燃燒爐12的高溫氣體的熱而碳化，形成碳化 物2,貯留在碳化物貯留槽13中。需要說明的是，生物質原料1碳化時產生的焦油被回收至 焦油回收槽14中。
[0057] 另外，在馬來西亞還實施如下方法：通過挖掘地面，限定空氣的流動，從而一邊限 制氧氣的供給，一邊將PKS碳化，制造碳化物。
[0058] 在此，關于所制造的碳化物的組成，可以對貯留在碳化物貯留槽13中的碳化物2 取樣調查，也可以根據情況用圖2所示的具有反應管17和加熱爐18的碳化實驗裝置16中 得到的碳化物進行分析。
[0059] 而且，對于如上制造的碳化物2,在包含粒徑超過3mm的碳化物時（例如，粒徑分布 在約1mm?約10mm的范圍內），作為使用成型裝置進行成型的前處理，使用3mm網眼的篩， 僅篩選出粒徑為3mm以下的碳化物。根據需要，使用切碎機將所制造的碳化物2粉碎后，使 用3mm網眼的篩，僅篩選出粒徑為3mm以下的碳化物。
[0060] 此時，中值粒徑D50優選為2mm以下。在此，中值粒徑D50是在以通過粒徑篩孔的 量的質量百分率（％)為縱軸、以粒徑為對數標度的橫軸而繪制的圖中讀取質量百分率為 50 %時的粒徑而確定的。
[0061] 需要說明的是，作為轉爐用加熱材料的原料，在作為主原料的碳化物2的基礎上， 還可以根據需要混合作為副原料的煤等（煤和/或焦炭）。但是，將成型為轉爐用加熱材 料后的硫含量設定為〇. 1質量％以下。為了使成型為轉爐用加熱材料后的硫含量為〇. 1質 量％以下，優選將作為低硫含量碳材料的碳化物2的使用比率設定為轉爐用加熱材料干燥 狀態下的質量的80質量％以上。另外，根據需要，還可以混合精煉劑（脫硫材料）。
[0062] 此時，優選對碳化物2以及混合的副原料（煤等）進行篩選而使粒徑為3mm以下， 從而使轉爐用加熱材料（干燥后的煤磚）的抗碎強度達到50kgf/個以上。如果碳化物2 以及混合的副原料（煤等）的粒徑為2mm以下、進一步為1.5mm以下，則強度提高，因此更 優選。
[0063] 接著，如圖3 (a)所示，對僅粒徑為3mm以下的碳化物2或者根據需要在碳化物2中 混合了煤等（煤和/或焦炭）22的混合物，添加規定量的粘合劑24和水23,用混合器25 (攪 拌葉26)攪拌，然后，對于所得到的原料粉末2A，使用圖3 (b)所示的輥式成型機20將輥21 間的線壓設為規定值（例如，2tf/cm)，成型為煤磚3。然后，將成型后的煤磚3放入到規定 氣氛溫度（例如，l〇5°C)的恒溫槽中，干燥至恒量，得到轉爐用加熱材料。
[0064] 此時，將得到的轉爐用加熱材料（干燥后的煤磚3)的抗碎強度為50kgf/個以上 的情況設定為1級合格品。其原因在于，如果抗碎強度為50kgf/個左右，則在實際操作中 容易操作，并且可以減小在轉爐中用作加熱材料時碎裂飛散而無法有效利用的比率。
[0065] 需要說明的是，作為上述粘合劑，只要成型為轉爐用加熱材料后的硫含量為0. 1 質量％以下，則使用含有硫成分的粘合劑也沒有關系。更優選使用不含硫成分的淀粉、羧甲 基纖維素、玉米淀粉等。
[0066] 這些粘合劑與膨潤土等無機系的粘合劑相比，以C、Η為主要成分，因而在由粘合 劑也能夠得到作為加熱材料的熱量、以及不含Si0 2方面也是優良的。
[0067] 粘合劑添加量根據碳化物的形狀、粒度而存在不同的適合量，但優選相對于碳化 物的質量為1質量％以上且15質量％以下。當粘合劑的添加量為1質量％以下時，煤磚3 的強度低于50kgf/個，操作變得困難。另外，當粘合劑的添加量超過15質量％時，成型體 從成型用的輥上的脫模情況變差，生產率下降。
[0068] 如上所述，在本實施方式中，能夠減少來自化石資源的C02產生量，并且能夠穩定 地制造所需量的硫含量低的轉爐用加熱材料。
[0069] 實施例1
[0070] 對本發明的實施例進行描述。
[0071] 首先，對所制造的轉爐用加熱材料（轉爐加熱材料）的組成進行比較。
[0072] 此時，作為本發明例，基于上述本發明的實施方式，使用圖2所示的碳化實驗裝 置，以油棕的PKS (棕櫚殼）這一植物類生物質作為原料制造碳化物，篩選得到的碳化物，將 粒徑調整至3_以下，根據需要將煤等（煤和/或焦炭）與該碳化物混合，添加碳化物和煤 等合計質量的4質量％的淀粉（經α化處理的），再添加碳化物和煤等合計質量的14質 量％的水分，用混合器攪拌和混合，使用可以得到44_見方的馬賽克型成型體的輥式成型 機成型為煤磚，成型后在干燥爐中在l〇5°C的溫度下干燥至水分為煤磚質量的1質量％以 下，制造轉爐加熱材料。然后，分析制造后的轉爐加熱材料的組成。
[0073]另外，作為現有例，將以往用于轉爐用加熱材料的碳化物（煤、焦炭）作為原料，將 粒徑調整至3mm以下，也對成型后的轉爐加熱材料的組成進行調查。
[0074] 將其結果示于表1。
[0075] [表 1]
[0076]
【權利要求】
1. 一種轉爐用加熱材料，是將植物類生物質碳化而制造碳化物，向所述碳化物中添加 粘合劑及水分并進行成型而得到的轉爐用加熱材料，其在除去水分后的干燥狀態下的組成 為固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質量％以下、硫成分0. 1質量％以下且余量為灰 分，另外的水分為所述除去水分后的干燥狀態下的質量的5質量％以下。
2. -種轉爐用加熱材料，是將植物類生物質碳化而制造碳化物，以所述碳化物作為主 原料并混合選自由煤和焦炭組成的組中的至少一種而制造混合物，向所述混合物中添加粘 合劑及水分并進行成型而得到的轉爐用加熱材料，其在除去水分后的干燥狀態下的組成為 固定碳成分70質量％以上、揮發成分20質量％以下、硫成分0. 1質量％以下且余量為灰 分，另外的水分為所述轉爐用加熱材料在干燥狀態下的質量的5質量％以下。
3. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述轉爐用加熱材料具有50kgf/ 個以上的抗碎強度。
4. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述植物類生物質為選自由油棕的 棕櫚殼、空果串、樹干和修剪屑組成的組中的至少一種。
5. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述粘合劑為選自由淀粉、羧甲基 纖維素和玉米淀粉組成的組中的至少一種。
6. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述粘合劑具有所述碳化物質量的 1質量％?15質量％的添加量。
7. 如權利要求3所述的轉爐用加熱材料，其中，所述抗碎強度為50?116kgf/個。
8. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，作為所述轉爐用加熱材料的原料的 碳化物具有3mm以下的粒徑。
9. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述固定碳成分為70?86質量％。
10. 如權利要求1或2所述的轉爐用加熱材料，其中，所述揮發成分為5?20質量％。
11. 如權利要求2所述的轉爐用加熱材料，其中，副原料相對于主原料為10?15質 量％。
【文檔編號】B09B3/00GK104160042SQ201380011800
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2013年1月15日 優先權日:2012年2月29日
【發明者】鶴田秀和, 淺沼稔, 松野英壽, 小澤純仁 申請人:杰富意鋼鐵株式會社