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JP7832466B2 - Heat-boosting material for converters and method for manufacturing the same - Google Patents
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JP7832466B2 - Heat-boosting material for converters and method for manufacturing the same - Google Patents

Heat-boosting material for converters and method for manufacturing the same

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JP7832466B2 JP2022037508A JP2022037508A JP7832466B2 JP 7832466 B2 JP7832466 B2 JP 7832466B2 JP 2022037508 A JP2022037508 A JP 2022037508A JP 2022037508 A JP2022037508 A JP 2022037508A JP 7832466 B2 JP7832466 B2 JP 7832466B2
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本発明は、転炉用昇熱材に関し、詳しくは、昇熱材の原料である炭化物の充填率を高めて昇熱材の強度を高めつつバインダーの添加量を適正化する転炉用昇熱材およびその製造方法に関する。 This invention relates to a heat-raising material for converters, and more specifically, to a heat-raising material for converters and a method for producing the same, which increases the strength of the heat-raising material by increasing the packing ratio of carbides, which are the raw materials of the heat-raising material, while optimizing the amount of binder added.

製鋼工程の転炉は、高炉で出銑された溶銑に高純度の酸素を高速で吹き付けることにより脱炭を行い、溶鋼を製造する主要なプロセスである。同時に、生石灰を主体とする副原料を投入し、溶銑中の不純物(リン等)の除去を行う。 The converter in the steelmaking process is a key process for producing molten steel by decarburizing molten iron extracted from the blast furnace by blowing high-purity oxygen at high speed. Simultaneously, auxiliary raw materials, primarily quicklime, are added to remove impurities (such as phosphorus) from the molten iron.

一方、転炉の前工程として溶銑予備処理を行い、鉄鋼製品の材料特性面の要求から溶銑中のS、Pなどを除く処理を行う場合もある。この場合、溶銑予備処理により溶銑温度が低下するという問題がある。 On the other hand, in some cases, a pretreatment of the molten iron is performed as a pre-processing step before the converter, to remove sulfur and phosphorus (S) from the molten iron according to the material properties requirements of the steel products. In this case, however, there is a problem in that the molten iron temperature decreases due to the pretreatment.

また近年、環境保護の観点から、製鉄プロセスにおいてはCO排出量の削減が重要課題となっており、製鋼工程においては、使用する鉄源として鉄スクラップ(屑鉄)などの冷鉄源の配合比率を高め、溶銑の配合比率を低減することが試みられている。これは、鉄鋼製品の製造にあたり、高炉での溶銑の製造では、鉄鉱石を還元し且つ溶融するための多大なエネルギーを要すると同時に多量のCOを排出するのに対し、冷鉄源は溶解熱のみを必要としており、製鋼工程で冷鉄源を利用した場合には、鉄鉱石の還元熱分のエネルギー使用量を少なくすることができ、CO発生量を大幅に削減することができるからである。しかしながら、転炉においては、冷鉄源の溶解用熱源は溶銑の有する顕熱、及び溶銑中の炭素及び珪素の酸化熱であり、冷鉄源の溶解量には自ずと限界がある。 Furthermore, in recent years, from an environmental protection perspective, reducing CO2 emissions in the steelmaking process has become a crucial issue. In the steelmaking process, attempts are being made to increase the proportion of cold iron sources, such as scrap iron, used as the iron source, while reducing the proportion of molten iron. This is because, in the production of steel products, the production of molten iron in a blast furnace requires a great deal of energy to reduce and melt the iron ore, and at the same time emits a large amount of CO2. In contrast, cold iron sources only require the heat of dissolution. Therefore, by using cold iron sources in the steelmaking process, the amount of energy used for the reduction heat of iron ore can be reduced, and the amount of CO2 emitted can be significantly reduced. However, in a converter, the heat source for dissolving the cold iron source is the sensible heat of the molten iron and the heat of oxidation of carbon and silicon in the molten iron, and there is naturally a limit to the amount of cold iron source that can be dissolved.

そこで、溶銑の脱燐処理や脱炭精錬において、溶銑の熱的余裕を高めて冷鉄源の配合比率を拡大するべく、溶銑に追加の炭素源を供給する昇熱材として、石炭、コークス粉、黒鉛、電極粉、SiCなどを塊状に成型した昇熱材が種々提案されている。なお、成型しない天然鉱産物の土状黒鉛も、比較的安価であることから、昇熱材として用いられる場合もある。 Therefore, in the dephosphorization and decarburization refining of molten iron, various heat-raising materials have been proposed to supply additional carbon sources to the molten iron, in order to increase the thermal margin of the molten iron and expand the proportion of cold iron sources. These materials include coal, coke powder, graphite, electrode powder, and SiC, which are formed into lumps. Furthermore, natural mineral-derived earthy graphite, which is relatively inexpensive, is sometimes used as a heat-raising material.

そのような転炉用の昇熱材については、たとえば、特許文献1では、粒度が1mm以下を30~70%含み、他は粒度が1~8mmの炭素粉(石炭、コークス粉、黒鉛など)に、炭素粉の0.5~1.0重量%の範囲でポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、α澱粉などからなるバインダーを加え、含有水分が10%以下となるように調質して混錬後、高圧成形、乾燥することにより、炭素粉を十分な強度の固形物に成型することを可能としている。 Regarding such heat-raising materials for converters, for example, Patent Document 1 describes a method that involves adding a binder consisting of polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, α-starch, etc., in an amount ranging from 0.5 to 1.0% by weight of the carbon powder to carbon powder (coal, coke powder, graphite, etc.), with 30-70% of particles with a particle size of 1 mm or less and the rest having a particle size of 1-8 mm. After conditioning and kneading the mixture to a moisture content of 10% or less, it is then subjected to high-pressure molding and drying, making it possible to mold the carbon powder into a solid material with sufficient strength.

また、特許文献2では、カーボンニュートラルな植物系バイオマスを炭化した炭化物と、炭化物の質量に対して1~15質量%の澱粉、カルボキシメチルセルロース、コーンスターチなどからなるバインダーとで成型してなる転炉用昇熱材を、石炭、コークス、黒鉛等の化石資源を原料とする従来からの転炉用昇熱材の代替とすることにより、化石資源消費量を低減し、温室効果ガスであるCOの発生を低減できるようにするととともに、炭化物の粒径を3mm以下とすることにより、転炉用昇熱材として十分な強度である圧潰強度490N/個以上の固形物にしている。 Furthermore, Patent Document 2 describes a converter heat booster made by molding carbonized plant-based biomass that is carbonized and a binder consisting of starch, carboxymethylcellulose, corn starch, etc., in an amount of 1 to 15% by mass relative to the mass of the carbonized material. This material can be used as a substitute for conventional converter heat boosters made from fossil resources such as coal, coke, and graphite, thereby reducing the consumption of fossil resources and the generation of CO2 , a greenhouse gas. In addition, by making the particle size of the carbonized material 3 mm or less, it is made into a solid with a crush strength of 490 N/piece or more, which is sufficient strength for a converter heat booster.

特開平2-270922号公報Japanese Patent Application Publication No. 2-270922 特許第5846289号公報Patent No. 5846289

しかしながら、特許文献1に記載された昇熱材の原料の炭素粉は、粒度が1mm以下のものの割合が30~70%と多いため、そのための炭素原料の粉砕処理等、粒度調整のための処理負荷が高いという問題がある。 However, the carbon powder used as a raw material for the heat-raising material described in Patent Document 1 has a high proportion (30-70%) of particles with a particle size of 1 mm or less. This results in a high processing load for particle size adjustment, such as grinding the carbon raw material.

また、特許文献2に記載された昇熱材の原料の炭素粉は、粒径3mm以下と比較的狭い粒度範囲に整粒する必要があり、特許文献1に記載された発明同様に、そのための炭素原料の粉砕処理等、粒度調整のための処理負荷が高いという問題がある。 Furthermore, the carbon powder used as a raw material for the heat-raising material described in Patent Document 2 needs to be granulated to a relatively narrow particle size range of 3 mm or less. Similar to the invention described in Patent Document 1, this presents a problem of high processing load for particle size adjustment, such as the pulverization of the carbon raw material.

また、特許文献1に記載された昇熱材では、炭素粉の0.5~1.0重量%の範囲でバインダーが使用され、特許文献2に記載された昇熱材では、炭化物の1~15質量%のバインダーが使用されているところ、近年、植物由来のバインダーの、具体的にはトウモロコシ由来のコーンスターチの価格変動が大きくなっていることが問題となっている。これは、異常気象によるトウモロコシの作柄不良に連動した価格変動や、環境負荷低減のためのトウモロコシ由来のバイオエタノールの需要増に伴う価格上昇圧力のためである。そのため、昇熱材の成型時に使用するバインダーを低減させる技術が従来に増して求められるようになってきている。 Furthermore, while the heat-raising material described in Patent Document 1 uses a binder in the range of 0.5 to 1.0% by weight of carbon powder, and the heat-raising material described in Patent Document 2 uses a binder in the range of 1 to 15% by mass of carbide, in recent years, the large price fluctuations of plant-derived binders, specifically cornstarch derived from corn, have become a problem. This is due to price fluctuations linked to poor corn harvests caused by abnormal weather, and upward price pressures due to increased demand for corn-derived bioethanol to reduce environmental impact. Therefore, there is an increasing need for technologies that reduce the amount of binder used during the molding of heat-raising materials.

一方で、バインダーの添加量が必要量よりも過少であると、成型した炭材の強度不足等の異常が生じ、搬送時の操業トラブルや歩留まり低下等の問題が発生する。また、バインダー量の削減による成型炭材の強度不足の問題を、原料の炭化物を全て微破砕することで成型炭材の強度を確保して解消することとすれば、炭化物の微破砕のためのコスト増の問題が生じて総合的な経済性が損なわれるという問題がある。 On the other hand, if the amount of binder added is less than the required amount, abnormalities such as insufficient strength in the molded charcoal material will occur, leading to operational problems during transportation and reduced yield. Furthermore, if the problem of insufficient strength in molded charcoal material due to a reduction in binder amount is addressed by ensuring the strength of the molded charcoal material by completely crushing the raw char, then the cost of crushing the char increases, impairing overall economic efficiency.

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、昇熱材の原料である炭化物の粒度の分布を適正化することにより、炭化物の充填率を高めて昇熱材の強度を高めつつバインダーの添加量を削減することを可能とする転炉用昇熱材およびその製造方法を提供することを目的とするものである。 This invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a converter heat-raising material and a method for manufacturing the same that, by optimizing the particle size distribution of the carbide, which is the raw material for the heat-raising material, increases the packing density of the carbide and thus increases the strength of the heat-raising material while reducing the amount of binder added.

[1]炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材であって、前記炭化物成型体中の炭化物は、(a)最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満の粒径を有するものであり、(b)大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3であることを特徴とする、転炉用昇熱材。
[2]前記転炉用昇熱材は、圧潰強度が490N/個以上であることを特徴とする、[1]に記載の転炉用昇熱材。
[3]炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材の製造方法であって、石炭、植物系バイオマス、廃プラスチックの群から選択される少なくとも1つを炭化して炭化物原料を製造し、前記炭化物原料に対し、1または複数の篩分け処理および1または複数の破砕処理を施して、(a’)前記炭化物原料から、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満となる範囲内で、粒度の異なる複数の群に区分けされた前記炭化物粉粒体を得るようにし、さらに、(b’)得られた前記炭化物粉粒体を、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3の範囲となるように調合して前記成型前の前記炭化物粉粒体とすることを特徴とする、転炉用昇熱材の製造方法。
[4]前記転炉用昇熱材は、圧潰強度が490N/個以上であることを特徴とする、[3]に記載の転炉用昇熱材の製造方法。
[1] A converter heat-raising material for a carbide molded body formed from carbide powder and a binder, wherein the carbide in the carbide molded body has (a) a maximum particle size of less than 1/2 of the characteristic length d of the carbide molded body, and (b) when the body is divided so that the large particle size side accounts for 70 volume% and the small particle size side accounts for 30 volume%, the ratio of the median particle size D50 of the carbide on the large particle side to the median particle size D50 of the carbide on the small particle side is 1.5 to 2.3.
[2] The converter heating element according to [1], characterized in that the converter heating element has a crushing strength of 490 N/piece or more.
[3] A method for producing a heat-boosting material for a converter, which is a carbide molded body formed from carbide powder and a binder, comprising: producing a carbide raw material by carbonizing at least one selected from coal, plant biomass, and waste plastics; subjecting the carbide raw material to one or more sieving processes and one or more crushing processes, wherein (a') the carbide powder is divided from the carbide raw material into a plurality of groups with different particle sizes, within a range where the maximum particle size is less than 1/2 of the characteristic length d of the carbide molded body; and (b') the obtained carbide powder is blended such that when the large particle size side is divided into 70% by volume and the small particle size side into 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the carbide on the large particle size side to the median particle size D50 of the carbide on the small particle size side is in the range of 1.5 to 2.3, thereby producing the carbide powder before molding.
[4] The method for manufacturing a converter heat booster according to [3], characterized in that the converter heat booster has a crush strength of 490 N/piece or more.

本発明によれば、転炉用昇熱材(炭化物成型体)(以下、単に昇熱材ともいう。)中の炭化物の粒度の分布を、炭化物の最大粒径が転炉用昇熱材の代表長さdの1/2未満の粒径とし、かつ、炭化物粒子を、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が1.5~2.3の範囲とすることにより、炭化物の充填率を高めて昇熱材の強度を高めつつ、経済的合理性のある範囲でバインダーの添加量を削減することを可能とする転炉用昇熱材およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, by arranging the particle size distribution of carbides in a converter heat-raising material (carbide molded body) (hereinafter also simply referred to as "heat-raising material") such that the maximum particle size of the carbides is less than half of the representative length d of the converter heat-raising material, and by dividing the carbide particles so that 70% by volume is on the large particle size side and 30% by volume is on the small particle size side, and setting the ratio of the median particle size D50 of the carbides on the large particle size side to the median particle size D50 of the carbides on the small particle size side to be in the range of 1.5 to 2.3, it is possible to provide a converter heat-raising material and a method for manufacturing the same that increases the packing density of carbides and thus increases the strength of the heat-raising material, while reducing the amount of binder added within an economically reasonable range.

本発明の転炉用昇熱材が用いられる転炉設備の1例の概略断面図である。This is a schematic cross-sectional view of an example of a converter equipment in which the converter heating element of the present invention is used. 本発明に至る予備実験および実施例で用いたロールクラッシャー(カッターミル)により、バイオマス炭を粉砕する様子を概略断面図で示す図である。This figure shows a schematic cross-sectional view of the process of crushing biomass charcoal using the roll crusher (cutter mill) used in the preliminary experiments and examples leading to the present invention. 本発明に至る予備実験および実施例で用いた双ロール式ブリケットマシンにより、バイオマス炭の粉砕物を圧縮成形する様子を概略断面図で示す図である。This figure shows a schematic cross-sectional view illustrating the compression molding of crushed biomass charcoal using the twin-roll briquette machine used in the preliminary experiments and examples leading to the present invention. 本発明に至る予備実験および実施例で用いたペレット製造機(ペレタイザー)により、バイオマス炭の粉砕物を押し出し成形する様子を概略断面図で示す図である。This figure shows a schematic cross-sectional view illustrating the process of extruding and molding crushed biomass charcoal using the pelletizer used in the preliminary experiments and examples leading to the present invention. 本発明に至る予備実験で得られた図であって、転炉用昇熱材中の炭化物の大粒径と小粒径の割合と転炉用昇熱材の炭化物成型体の空隙率の関係を、大粒径と小粒径の粒子径比で層別してまとめた図である。This figure, obtained in preliminary experiments leading to the present invention, summarizes the relationship between the ratio of large and small particle sizes of carbides in the converter heating element and the porosity of the carbide molded body of the converter heating element, stratified by the particle size ratio of large to small particles. 本発明に至る予備実験で得られた図であって、転炉用昇熱材中の炭化物の大粒径と小粒径の粒子径比と転炉用昇熱材の炭化物成型体の最小空隙率の関係をまとめた図である。This figure, obtained in preliminary experiments leading to the present invention, summarizes the relationship between the particle size ratio of large and small particles of carbides in the converter heating element and the minimum porosity of the carbide molded body of the converter heating element. 本発明に至る予備実験で得られた図であって、炭化物成型体の代表長さdに対する大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比と転炉用昇熱材の成型の際に必要なバインダー濃度との関係をまとめた図である。This figure, obtained in preliminary experiments leading to the present invention, summarizes the relationship between the ratio of the median particle size D50 of the large-particle-sized carbide to the characteristic length d of the carbide molded body and the binder concentration required when molding the heat-raising material for the converter. 本発明のペレット形状の炭化物成型体の実施例で用いられたバイオマス炭材の粉砕物の粒度の測定結果を示す図である。This figure shows the measurement results of the particle size of the crushed biomass carbon material used in an example of the pellet-shaped carbonized body of the present invention. 本発明のブリケット形状の炭化物成型体の実施例で用いられたバイオマス炭材の粉砕物の粒度の測定結果を示す図である。This figure shows the measurement results of the particle size of the crushed biomass char material used in an example of the briquette-shaped char molded body of the present invention.

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明を適用する転炉設備を説明する。図1は、本発明の転炉用昇熱材を用いる転炉設備の1例の概略断面図である。 The present invention will be described in detail below. First, a converter facility to which the present invention is applied will be described. Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an example of a converter facility using the converter heating element of the present invention.

図1において、溶銑8を収容した転炉本体1の内部には、上方から上吹きランス2が挿入され、この上吹きランス2から酸素ガスが溶銑8に吹き付けられると同時に、転炉本体1の底部に配置した複数の底吹き羽口3から攪拌用底吹きガスが吹き込まれて溶銑8とスラグ9とが攪拌されながら、溶銑8の脱炭精錬が行われる。溶銑8の脱炭精錬によって炉内からCOガスを主体とする転炉排ガス10が発生する。 In Figure 1, an upward-blowing lance 2 is inserted from above into the converter body 1 containing the molten iron 8. Oxygen gas is blown onto the molten iron 8 from this upward-blowing lance 2, and at the same time, bottom-blowing gas for stirring is blown in from multiple bottom-blowing tuyeres 3 located at the bottom of the converter body 1. This stirs the molten iron 8 and slag 9, resulting in the decarburization and refining of the molten iron 8. The decarburization and refining of the molten iron 8 generates converter exhaust gas 10, mainly composed of CO gas, from inside the furnace.

転炉本体1の上方には煙道4が設置され、煙道4の後段には、一次集塵機(図示せず)、二次集塵機(図示せず)、誘引送風機(図示せず)が、この順に設置されている。このような転炉排ガス10の処理設備により、脱炭精錬によって転炉本体1の内部で発生する転炉排ガス10を、冷却して除塵し未燃焼のまま、誘引送風機(図示せず)の下流側のガスホルダー(図示せず)に回収されるようになっている。 A flue 4 is installed above the converter body 1. A primary dust collector (not shown), a secondary dust collector (not shown), and an induced draft fan (not shown) are installed downstream of the flue 4 in this order. This converter exhaust gas treatment system cools and removes dust from the converter exhaust gas 10 generated inside the converter body 1 during decarburization refining. The unburned gas is then collected in a gas holder (not shown) downstream of the induced draft fan (not shown).

煙道4の転炉本体1の炉口との接続側は、スカート5と呼ばれており、上下移動が可能な構造となっており、排ガスを回収する場合には、スカート5と転炉本体1の炉口とは原則的には密着した状態になる。また、煙道4には、生石灰、焼成ドロマイト、鉄鉱石、ミルスケール、マンガン鉱石、昇熱材(コークス、土壌黒鉛などの炭材)及び合金鉄(Fe-Mn、Fe-Siなど)などの副原料を転炉本体1に投入添加するための、ホッパー6及び投入シュート7などからなる副原料投入装置が設置されている。副原料投入装置から炉内に投入される生石灰、焼成ドロマイト、鉄鉱石、ミルスケール、マンガン鉱石などによってスラグ9が形成される。 The connection point of the flue 4 to the furnace opening of the converter body 1 is called the skirt 5. It has a structure that allows for vertical movement, and in principle, the skirt 5 and the furnace opening of the converter body 1 are in close contact when recovering exhaust gas. Furthermore, the flue 4 is equipped with a secondary material feeding device consisting of a hopper 6 and an input chute 7 for adding secondary materials such as quicklime, calcined dolomite, iron ore, mill scale, manganese ore, heat risers (carbon materials such as coke and soil graphite), and ferroalloys (Fe-Mn, Fe-Si, etc.) to the converter body 1. Slag 9 is formed from the quicklime, calcined dolomite, iron ore, mill scale, manganese ore, etc., introduced into the furnace from the secondary material feeding device.

本発明の転炉用昇熱材は、炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材であって、前記炭化物成型体中の炭化物は、(a)最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満の粒径を有するものであり、(b)大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3であることを特徴とする。 The converter heating element of the present invention is a converter heating element of a carbide molded body formed from carbide powder and a binder, characterized in that (a) the carbides in the carbide molded body have a maximum particle size less than half the characteristic length d of the carbide molded body, and (b) when the molded body is divided so that the large particle size side accounts for 70% by volume and the small particle size side accounts for 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the carbides on the large particle side to the median particle size D50 of the carbides on the small particle side is 1.5 to 2.3.

また、本発明の転炉用昇熱材の製造方法は、炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材の製造方法であって、石炭、植物系バイオマス、廃プラスチックの群から選択される少なくとも1つを炭化して炭化物原料を製造し、前記炭化物原料に対し、1または複数の篩分け処理および1または複数の破砕処理を施して、(a’)前記炭化物原料から、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満となる範囲内で、粒度の異なる複数の群に区分けされた前記炭化物粉粒体を得るようにし、さらに、(b’)得られた前記炭化物粉粒体を、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3の範囲となるように調合して前記成型前の前記炭化物粉粒体とすることを特徴とする。 Furthermore, the present invention relates to a method for producing a heat-raising material for a converter, which is a heat-raising material for a converter made of a carbide molded body formed from carbide powder and a binder, and is characterized in that: at least one selected from the group consisting of coal, plant-based biomass, and waste plastics is carbonized to produce a carbide raw material; one or more sieving treatments and one or more crushing treatments are applied to the carbide raw material to obtain carbide powder separated from the carbide raw material into a plurality of groups with different particle sizes, within a range where the maximum particle size is less than 1/2 of the characteristic length d of the carbide molded body; and (b') the obtained carbide powder is blended such that when the obtained carbide powder is divided into a large particle size side of 70% by volume and a small particle size side of 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the carbide on the large particle side to the median particle size D50 of the carbide on the small particle side is in the range of 1.5 to 2.3 to obtain the carbide powder before molding.

本発明の炭化物成型体(転炉用昇熱材)は、炭化物粉粒体を主原料にしてバインダーと水を加え、公知のミキサー(図示せず)で混合、撹拌してから公知の成型装置(図3、図4参照)によって成型し、その後、所定の水分量まで乾燥させることにより得られる。主原料の炭化物粉粒体は、まず、原料である石炭、植物系バイオマス、廃プラスチック等を、ロータリーキルン炉、バッチ式炉、シャフト炉等の公知の炭化装置(図示せず)で炭化し、次に、得られた炭化物を、必要に応じて公知のカッターミルを1回または複数回通して種々の粒度に破砕し、さらに篩分け等により粒度調整して製造される。バインダーとしては、無機系のベントナイト、有機系のカルボキシメチルセルロース、コーンスターチ等を用いることができる。 The carbide molded body (heat-raising material for converters) of the present invention is obtained by adding a binder and water to carbide powder as the main raw material, mixing and stirring in a known mixer (not shown), molding it using a known molding device (see Figures 3 and 4), and then drying it to a predetermined moisture content. The main raw material, carbide powder, is first carbonized using a known carbonization device (not shown) such as a rotary kiln, batch furnace, or shaft furnace, using raw materials such as coal, plant-based biomass, or waste plastics. Next, the resulting carbide is crushed to various particle sizes by passing it through a known cutter mill one or more times as needed, and then the particle size is adjusted by sieving or other methods. As the binder, inorganic bentonite, organic carboxymethylcellulose, corn starch, etc., can be used.

公知のカッターミルとして、図2では、ロータリーキルン炉等で乾留された炭材21が、ロールクラッシャー(カッターミル)26のホッパー27からクラッシャーロール28に供給され破砕されて粉砕物22となって、ベルトコンベヤー29で搬出される様子を概略的に示している。炭化物成型体の成型装置としては、公知の双ロール式ブリケットマシンや、ペレット製造機(ペレタイザー)などを用いることができる。図3では、粒度調整された炭材にバインダーと水を加えてミキサーで混錬された炭材の混錬物23が、双ロール式ブリケットマシン31のホッパー32から成型ロール33に供給され圧縮成型されて炭材の成型物24(ブリケット24a)となって、ベルトコンベヤー34で搬出される様子を概略的に示している。また図4では、同様の炭材の混錬物23が、ペレット製造機(ペレタイザー)41のホッパー42からスクリューフィーダー43に供給され圧縮されて押出成型され、さらにカッター44で所定長さに切断された成型物24(ペレット24b)となって、ベルトコンベヤー45で搬出される様子を概略的に示している。 As a known cutter mill, Figure 2 schematically shows how carbon material 21, which has been carbonized in a rotary kiln or the like, is supplied from the hopper 27 of a roll crusher (cutter mill) 26 to the crusher rolls 28, crushed into pulverized material 22, and then discharged by a belt conveyor 29. As a molding device for the carbonized material, a known twin-roll briquette machine or a pelletizer can be used. Figure 3 schematically shows how a mixture of carbonized material 23, which has been mixed with a binder and water in a mixer after particle size adjustment, is supplied from the hopper 32 of a twin-roll briquette machine 31 to the molding rolls 33, compressed and molded into a carbonized material molded product 24 (briquette 24a), and then discharged by a belt conveyor 34. Figure 4 schematically shows how a similar mixture of charcoal materials 23 is supplied from the hopper 42 of the pellet manufacturing machine (pelletizer) 41 to the screw feeder 43, where it is compressed and extruded. It is then cut to a predetermined length by a cutter 44 to form molded products 24 (pellets 24b), which are then transported out on a belt conveyor 45.

本発明の炭化物成型体中の炭化物が、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満の粒径を有するものとするのは、転炉用昇熱材の製造時のバインダー濃度を不必要に増大させないためである。すなわち、炭化物粉粒体を造粒する際に、大粒子間に小粒子が入り込んで密充填されるとの期待に反して、場所によっては大粒子間に小粒子が入り込まない部分が発生する場合があるが、このような現象は、後述の予備実験結果で説明するとおり、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2以上で特に顕著となる。そのため、このような大粒子間でもバインダーを含む水の液架橋付着力により粒子が結合するものの、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2以上で大粒子間が広く空いて間隔が広がるようになると、大きな液架橋付着力が必要となり、バインダー濃度を高める必要があるからである。 The reason why the carbides in the carbide molded body of this invention have a maximum particle size less than half the characteristic length d of the carbide molded body is to avoid unnecessarily increasing the binder concentration during the production of the heat-raising material for converters. That is, when granulating carbide powder, contrary to the expectation that small particles will fill in between large particles to create dense packing, there may be areas where small particles do not fill between large particles. This phenomenon is particularly pronounced when the maximum particle size is half or more the characteristic length d of the carbide molded body, as explained in the preliminary experimental results described later. Therefore, although particles are bound together by the liquid cross-linking adhesion force of the water containing the binder even between such large particles, when the maximum particle size is half or more the characteristic length d of the carbide molded body, the gaps between large particles widen, requiring a large liquid cross-linking adhesion force, thus necessitating an increase in the binder concentration.

ここで、本発明の炭化物成型体(転炉用昇熱材)の代表長さdについて説明する。すなわち、代表長さdとは、転炉用昇熱材にかかる重力とその外形に応じて転炉排ガスから受ける抗力との釣り合い関係を取り扱うときの転炉用昇熱材の外形を代表させる長さである。この代表長さを用いて、たとえば転炉排ガスから受ける抗力との釣り合い関係から重力の方が小さくなる代表長さの昇熱材を用いれば、昇熱材が転炉排ガスとともに浮上して、昇熱材を溶湯まで投入することができなくなることを事前に検討することができる。なお、転炉用昇熱材がペレット形状の場合の代表長さdは、ペレット径で代表させ、転炉用昇熱材がブリケット形状の場合の代表長さdは、最大対角長さで代表させることができる。 Here, we will explain the representative length d of the carbide molded body (converter heating element) of the present invention. That is, the representative length d is a length that represents the outer shape of the converter heating element when considering the balance relationship between gravity acting on the heating element and the drag force received from the converter exhaust gas according to its outer shape. Using this representative length, for example, if a heating element with a representative length such that gravity is smaller than the drag force received from the converter exhaust gas is used, it is possible to consider in advance that the heating element will float up with the converter exhaust gas, making it impossible to feed the heating element into the molten metal. Note that when the converter heating element is in pellet shape, the representative length d can be represented by the pellet diameter, and when the converter heating element is in briquette shape, the representative length d can be represented by the maximum diagonal length.

また、本発明の炭化物成型体中の炭化物が、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が1.5~2.3となるようにするのは、後述の予備実験および実施例で説明するとおり、大小の粒子を配合しない場合よりも空隙率が低下し、その空隙率の変化率も小さく空隙率の許容できる範囲に広い幅を持つため、製造の際のばらつきを考慮しても炭化物成型体の異常が発生せず製品歩留まりを高く維持できるためである。 Furthermore, when the carbide in the carbide molded body of the present invention is divided so that the large-particle side accounts for 70% by volume and the small-particle side accounts for 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the large-particle side carbide to the median particle size D50 of the small-particle side carbide is set to 1.5 to 2.3. This is because, as explained in the preliminary experiments and examples described later, the porosity is reduced compared to when large and small particles are not blended, and the rate of change in the porosity is small, resulting in a wide range of acceptable porosity. Therefore, even considering variations during manufacturing, abnormalities in the carbide molded body do not occur, and a high product yield can be maintained.

ここで、本発明の転炉用昇熱材(炭化物成型体)中の炭化物粒子のメジアン粒径の比の測定について説明する。まず、転炉用昇熱材(炭化物成型体)を水につけてバインダーを溶かした後、ろ過を行い炭化物を採取して純水もしくはメタノールで洗浄してから、レーザ回折粒度分布測定(JIS Z 8825:2013 粒子径解析-レーザ回折・散乱法)により、炭化物粒子の粒度分布を求める。次に、その粒度分布についてコンピューター解析することにより、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比を求めることができる。なお、ここでのメジアン粒径D50とは、横軸に粒径をとり、縦軸に粒子量の累積値を体積百分率(%)で表した体積基準の積算分布曲線において、その累積値が50%にあたる粒径を読み取って定めるものである。 This section describes the measurement of the median particle size ratio of carbide particles in the converter heating element (carbide molded body) of the present invention. First, the converter heating element (carbide molded body) is immersed in water to dissolve the binder. After filtration, the carbide is collected and washed with pure water or methanol. Then, the particle size distribution of the carbide particles is determined by laser diffraction particle size distribution measurement (JIS Z 8825:2013 Particle size analysis - Laser diffraction/scattering method). Next, by computer analysis of this particle size distribution, the ratio of the median particle size D50 of the carbide particles on the large particle side to the median particle size D50 of the carbide particles on the small particle side can be determined when the material is divided so that the large particle size side accounts for 70% by volume and the small particle size side accounts for 30% by volume. Note that the median particle size D50 here is determined by reading the particle size at which the cumulative value reaches 50% on a volume-based cumulative distribution curve, where the horizontal axis is the particle size and the vertical axis represents the cumulative value of the particle amount as a percentage of volume (%).

一方、本発明の転炉用昇熱材の製造方法において、炭化物成型体の主原料である炭化物粉粒体のメジアン粒径の比の測定については、所定粒径毎の篩目毎に炭化物粉粒体を篩分けして炭化物粉粒体の粒度分布を求め、その粒度分布について、上記の炭化物成型体中の炭化物粒子のメジアン粒径の比の求め方と同様の方法で求めることができる。なお、炭化物成型体の原料である炭化物粉粒体でのメジアン粒径の比の測定結果と、その炭化物粉粒体から製造された炭化物成型体中の炭化物粒子のメジアン粒径の比の測定結果とは、原理的にも統計的にも等しいものと扱うことができる。 On the other hand, in the method for manufacturing the heat-raising material for converters of the present invention, the ratio of median particle sizes of the carbide powder, which is the main raw material for the carbide molded body, can be measured by sieving the carbide powder for each predetermined particle size and determining the particle size distribution of the carbide powder. This particle size distribution can then be determined using the same method as for determining the ratio of median particle sizes of carbide particles in the carbide molded body described above. Furthermore, the measurement results of the median particle size ratio of the carbide powder used as the raw material for the carbide molded body and the measurement results of the median particle size ratio of carbide particles in the carbide molded body produced from that carbide powder can be treated as equivalent both in principle and statistically.

このような炭化物粒径の範囲についての予備実験の結果について次に説明する。
本発明者らは、まず、炭化物粉粒体を成型して得られる炭化物成型体(転炉用昇熱材)の圧潰強度と炭化物粒子の充填率の関係について検討した。一般に、充填率が高いと、粒子間隙の毛管吸引力が高まることや粒子同士が互いの凹凸部に接合するといった機械的接合の効果が作用するため、圧潰強度と充填率(=1-空隙率)は比例することが知られている。
The results of preliminary experiments regarding the range of carbide particle sizes are described below.
The inventors first investigated the relationship between the crushing strength of a carbide molded body (heat-raising material for converters) obtained by molding carbide powder and the packing density of carbide particles. Generally, it is known that when the packing density is high, the capillary attraction force between particles increases and mechanical bonding effects such as particles joining to each other's uneven surfaces come into play, so the crushing strength and the packing density (= 1 - porosity) are proportional.

充填率に関しては、Horsfieldによる充填モデルが知られており、単一粒径φの真球粒子を六方最密充填とした場合、空隙率は25.9%となる。更に、真球粒子間の残りの空間に先の真球粒子径φに対し、0.414φの真球粒子を充填することで、空隙率は20.7%とすることができる。しかしながら、炭化物を成型する場合、充填構造が六方最密充填にはなっておらず、粒形が真球でもなく、さらに粒径が均一ではなく分布を持つため、Horsfieldによる充填モデルの適用は難しい。 Regarding packing efficiency, Horsfield's packing model is known, and when perfectly spherical particles of a single particle size φ are packed in a hexagonal close-packed structure, the void ratio is 25.9%. Furthermore, by filling the remaining spaces between the perfectly spherical particles with perfectly spherical particles of a size of 0.414φ (relative to the aforementioned particle size φ), the void ratio can be reduced to 20.7%. However, when molding carbides, the packing structure is not hexagonal close-packed, the particle shape is not perfectly spherical, and the particle size is not uniform but distributed, making it difficult to apply Horsfield's packing model.

そこで、炭化物の充填率を高めて炭化物成型体の圧潰強度を高めるための予備実験として、バイオマス炭化物をペレットに成型する場合について、まず、ペレット径A(A=20mm)の整数分割相当(1/2A、1/3A、1/4A、1/5A、1/6A)の平均粒子径を持つ炭化物群を、原料の炭化物の粉砕、篩い分けにより粒度調整して準備した。これらの炭化物群のうち、大粒子径側の炭化物群としては、1/2A、1/3A、1/4A、1/5Aの4つの群とし、小粒子径側の炭化物群としては、1/3A、1/4A、1/5A、1/6Aの4つの群として、表1に示す10組の組み合わせについて検討することにした。図5は、このような10組の炭化物の組合せのうち、一例としての4種類の粒子径比(1.3、2.0、2.5、3.0)となる組について、各組内の小粒子の体積割合(配合比)を変化させた試料毎の空隙率(=1-充填率)を測定した結果を示すものである。なお、このときの条件毎の各々の試料は、各組内の小粒子の体積割合(配合比)を変化させた炭化物の混合物毎に、バインダーとして炭化物の8質量%のコーンスターチと適当な水を添加して混錬し、その後にペレタイザーで成型してペレットの成型品とし、さらに含水率3質量%以内となるように乾燥させて供試材としたものである。また、表1には、図5および図5と同等の図(図5で表示していない粒子径比でのデータを含むもの)から読み取れる最小空隙率も併記した。 Therefore, as a preliminary experiment to increase the crushing strength of the charred material molded body by increasing the packing density of the charred material, when molding biomass charred material into pellets, we first prepared groups of charred material with average particle sizes equivalent to integer divisions of pellet diameter A (A = 20 mm) (1/2A, 1/3A, 1/4A, 1/5A, 1/6A) by adjusting the particle size of the raw material charred material through crushing and sieving. Of these groups of charred material, we decided to examine the 10 combinations shown in Table 1, with the charred material groups on the large particle size side being 1/2A, 1/3A, 1/4A, 1/4A, and 1/5A, and the charred material groups on the small particle size side being 1/3A, 1/4A, 1/5A, and 1/6A. Figure 5 shows the results of measuring the porosity (= 1 - packing ratio) for each sample, with varying volume proportions (mixing ratio) of small particles within each of the ten carbide combinations, representing four example combinations with particle size ratios (1.3, 2.0, 2.5, 3.0). Each sample under these conditions was prepared by adding 8% by mass of cornstarch and an appropriate amount of water as a binder to each carbide mixture with varying volume proportions of small particles within each combination, kneading the mixture, then molding it into pellets using a pelletizer, and finally drying it to a moisture content of 3% by mass or less to obtain the test material. Table 1 also includes the minimum porosity values that can be read from Figure 5 and equivalent figures (including data for particle size ratios not shown in Figure 5).

図5から小粒子径と大粒子径との配合比によって空隙率が変化し、小粒子の体積割合が0.3付近で最小値を取ることが分かる。また図5から、空隙率の変化は、粒子径の比で層別して整理できることも分かる。図6は、このように層別して整理できる転炉用昇熱材中の炭化物の大粒径と小粒径の粒子径比を横軸に取り、転炉用昇熱材の炭化物成型体の最小空隙率を縦軸に取って、これらの関係をまとめた図である。この図6から、炭化物の粒子径比(大粒子径/小粒子径)を大きくすることで、最小空隙率を低下させることができることが分かる。このことから、さらに空隙を埋めるための添加水分量を低減させることができると推測された。 Figure 5 shows that the porosity changes depending on the mixing ratio of small and large particle sizes, and that it reaches its minimum value when the volume proportion of small particles is around 0.3. Figure 5 also shows that the change in porosity can be stratified and organized according to the particle size ratio. Figure 6 summarizes the relationship between the particle size ratio of large and small particles in the converter heating element, which can be organized in this stratified manner, with the minimum porosity of the carbide molded body of the converter heating element on the horizontal axis. From Figure 6, it can be seen that increasing the particle size ratio of the carbide (large particle size / small particle size) can reduce the minimum porosity. From this, it was inferred that the amount of water added to fill the voids can be further reduced.

ただし、組No.3、4では、粒子径比が大きく、最小空隙率をそれぞれ、0.32、0.25と大きく低減させることができるものの、図5から分かるとおり炭化物粒子の配合比による空隙率の変化が大きい。そのため、製造の際のばらつきによって、添加水分量が適正値よりも多くなり、成型後、乾燥前の炭化物成型体にラミネーションなどの異常が発生して製品歩留まりが低下することが懸念される。一方で、組No.1、2、5~10は、空隙率は組No.3、4には劣るものの、空隙率が最小となる配合比の近辺の空隙率の変化率が小さく、空隙率の許容できる範囲に広い幅を持つため、製造の際のばらつきを考慮しても、炭化物成型体の異常が発生せず、高い製品歩留まりが得られることが期待される。このため、空隙率は組No.3、4には劣るものの、大小の粒子を配合しない場合(空隙率0.39)よりも空隙率が2~5%低下し、製造の際のばらつきを考慮しても、炭化物成型体の異常が発生せず、製品歩留り低下の無い、組No.1、2、7、9が適当だと判断した。 However, in sets No. 3 and 4, although the particle size ratio is large and the minimum porosity can be significantly reduced to 0.32 and 0.25 respectively, as can be seen in Figure 5, the porosity changes greatly depending on the mixing ratio of carbide particles. Therefore, there is a concern that variations during manufacturing may result in the amount of added water being higher than the appropriate value, causing abnormalities such as lamination in the carbide molded body before drying after molding, leading to a decrease in product yield. On the other hand, although sets No. 1, 2, 5-10 have lower porosity than sets No. 3 and 4, the rate of change in porosity near the mixing ratio that results in the minimum porosity is small, and there is a wide range of acceptable porosity. Therefore, even considering variations during manufacturing, it is expected that no abnormalities will occur in the carbide molded body and a high product yield can be obtained. For this reason, the porosity of sets No. Although inferior to combinations 3 and 4, combinations 1, 2, 7, and 9 were deemed suitable because they reduced the porosity by 2-5% compared to the case without a mixture of large and small particles (porosity 0.39), and even considering manufacturing variations, no abnormalities occurred in the carbide molded body, resulting in no decrease in product yield.

上記のとおり、図6から、炭化物の粒子径比を大きくすることで、最小空隙率を低下させることができ、さらに空隙を埋めるための添加水分量を低減させることができることが推測されることから、さらに推し進めて、転炉用昇熱材の成型の際に必要なバインダー量の低減の可能性を検討することにした。図7は、炭化物成型体の代表長さdに対する大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比と転炉用昇熱材の成型の際に必要なバインダー濃度との関係をまとめた図である。図7によると、大粒子として、1/2Aのように大きな径を持つ粒子を用いた場合、必要なバインダー濃度が増加することが判明した。この原因として次のようなことが推定される。すなわち、造粒の際、大粒子間に小粒子が入り込むため、密充填されることを期待しているが、場所によっては大粒子間に小粒子が入り込まない部分がどうしても発生してしまう。この部分では、大粒子間でバインダーを含む水の液架橋付着力により粒子が結合する。大粒子間の間隔が広いほど、大きな液架橋付着力が必要となり、そのためにバインダー濃度を高める必要があると推定される。実際に、組No.2の様に、大粒子に1/2Aを用いた場合では、組No.7の様に、大粒子に1/3Aを用いた場合と比較して、高いバインダー濃度を必要とした。このため、組No.2よりも、組No.7の方が、バインダー量は低下した。 As described above, Figure 6 suggests that increasing the particle size ratio of the carbides can reduce the minimum porosity and further reduce the amount of water added to fill the voids. Therefore, we decided to take this a step further and investigate the possibility of reducing the amount of binder required when molding the heat-raising material for the converter. Figure 7 summarizes the relationship between the ratio of the median particle size D50 of the large-particle-sized carbides to the representative length d of the carbide molded body and the binder concentration required when molding the heat-raising material for the converter. According to Figure 7, it was found that when large-particle-sized particles such as 1/2A are used, the required binder concentration increases. The following is presumed to be the reason for this: During granulation, it is expected that small particles will fill in between the large particles, resulting in dense packing. However, in some places, there will inevitably be areas where small particles do not fill in between the large particles. In these areas, the particles are bound together by the liquid cross-linking adhesive force of the water containing the binder. It is estimated that the wider the spacing between large particles, the greater the liquid crosslinking adhesion force required, and therefore the higher the binder concentration. In fact, when 1/2A was used for the large particles, as in set No. 2, a higher binder concentration was required compared to when 1/3A was used for the large particles, as in set No. 7. Therefore, the amount of binder was lower in set No. 7 than in set No. 2.

以上のような予備実験結果および後述の実施例から、本発明の転炉用昇熱材に含まれる炭化物は、まず、バインダー濃度を不必要に増大させないために、(a)最大粒径が転炉用昇熱材(炭化物成型体)の代表長さdの1/2未満の粒径を有するものとし、同時に、好ましい制御範囲を確保するために、(b)大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3であるようにする。 Based on the preliminary experimental results described above and the examples described later, the carbides contained in the converter heating element of the present invention are, firstly, in order to avoid unnecessarily increasing the binder concentration, (a) having a maximum particle size less than half the representative length d of the converter heating element (carbide molded body), and simultaneously, in order to ensure a favorable control range, (b) when the material is divided so that the large particle size side accounts for 70% by volume and the small particle size side accounts for 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the carbides on the large particle size side to the median particle size D50 of the carbides on the small particle size side is 1.5 to 2.3.

本発明の転炉用昇熱材の圧潰強度は、490N/個以上であるのが好ましい。昇熱材の圧潰強度が490N/個未満である場合は、昇熱材が溶鋼へ着湯するまでに破砕して粉塵となり転炉排ガスとともに飛散してしまい、昇熱材を歩留まり高く溶湯まで投入することができないためである。 The crushing strength of the heat-raising material for converters in this invention is preferably 490 N/piece or more. If the crushing strength of the heat-raising material is less than 490 N/piece, it will crush into dust before it can reach the molten steel, scattering with the converter exhaust gas. This makes it impossible to feed the heat-raising material into the molten metal with a high yield.

以下、本発明の実施例について説明する。 The following describes embodiments of the present invention.

炭化物原料として、製材端材や林地残材等の木質原料を用いることとし、650℃で加熱炭化したバイオマス炭材を被成型物に供することにした。 As the raw material for the carbonized material, woody raw materials such as sawmill scraps and forest residues were used, and the biomass carbon material, heated and carbonized at 650°C, was to be used as the material to be molded.

実施例に供した転炉用昇温材の形状は、直径20mmのペレット形状のものと、一辺50mmのブリケット形状のものとした。このときのバイオマス炭材の粉砕物粒度目標値は、概ね「最大粒径が炭化物昇熱材の代表長さdの1/2未満の粒径を有するもの」との要件を満たすように、直径20mmのペレット形状の場合は9mm以下、一辺50mmのブリケット形状の場合は22mm以下とすることにした。 The converter heating material used in the examples was in the form of pellets with a diameter of 20 mm and briquettes with sides of 50 mm. The target particle size of the crushed biomass carbon material was set to approximately 9 mm or less for the 20 mm diameter pellets and 22 mm or less for the 50 mm side briquettes, in order to satisfy the requirement that "the maximum particle size is less than half the characteristic length d of the carbide heating material."

このような粉砕物粒度の目標値に従って、上記のバイオマス炭材を、前述した予備実験と同様に、図2に示したロールクラッシャー(カッターミル)26に1回または複数回通した後、篩分けして得られた種々の平均粒子径のバイオマス炭の粉砕物を準備した。さらに、これら種々の平均粒子径のバイオマス炭の粉砕物を組み合わせて、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、表2に示すとおりの1.3から2.5の範囲の炭化物粉粒体の混合物を5組分調合した。調合した5組の炭化物粉粒体のそれぞれの粒度分布を、図8、図9に示す。 According to the target particle size values for the crushed material, the above-mentioned biomass char material was passed through the roll crusher (cutter mill) 26 shown in Figure 2 one or more times, as in the preliminary experiment described above, and then sieved to prepare crushed biomass char with various average particle sizes. Furthermore, these crushed biomass char with various average particle sizes were combined and divided so that the large particle size side accounted for 70% by volume and the small particle size side accounted for 30% by volume. Five sets of char powder mixtures were prepared, where the ratio of the median particle size D50 of the large-particle char to the median particle size D50 of the small-particle char was in the range of 1.3 to 2.5, as shown in Table 2. The particle size distributions of each of the five prepared sets of char powder mixtures are shown in Figures 8 and 9.

次に、表2に示す混合条件で、5組の炭化物粉粒体のそれぞれにバインダーのコーンスターチと水を加えて混合して、図3に示す双ロール式ブリケットマシンまたは図4に示すペレタイザーで、ブリケットまたはペレットに圧縮成形した。成型後は、5日間常温で静置して、含有水分量が3%程度まで乾燥させて転炉用昇熱材とした。 Next, under the mixing conditions shown in Table 2, cornstarch and water were added to each of the five sets of carbide powders and mixed. The mixtures were then compressed into briquettes or pellets using the twin-roll briquette machine shown in Figure 3 or the pelletizer shown in Figure 4. After molding, the mixtures were left to stand at room temperature for five days to dry until the moisture content reached approximately 3%, and then used as heat-raising material for the converter.

比較例1では、表2、図8(a)に示されるとおり、粒子径比が1.3と小さく大粒子間の隙間を埋める小粒子が少ないため最小空隙率を低下させることがほとんどできず、大粒子間の隙間を埋めるための添加水分量が増大しこれに伴って添加バインダー量が5組の中で一番大きくなった。また、乾燥後の炭化物成型体のn=10の抜き取りをした圧潰強度も、比較例1では、操業で必要となる490N以上の圧潰強度を達成することができなかった。 In Comparative Example 1, as shown in Table 2 and Figure 8(a), the particle size ratio was small at 1.3, resulting in few small particles filling the gaps between large particles. Therefore, the minimum porosity could hardly be reduced, leading to an increase in the amount of added water to fill the gaps between large particles, and consequently, the amount of added binder was the largest among the five sets. Furthermore, the crush strength of n=10 samples of the dried carbide molded body in Comparative Example 1 failed to achieve the crush strength of 490 N or more required for operation.

また、比較例2では、表2、図9(b)に示されるとおり、粒子径比が2.5と大きく最小空隙率が低くなり、大粒子間の隙間を埋めるための添加水分量が少なくなり、これに伴って添加バインダー量が5組の中で本発明例3とともに一番少なくなった。しかし、粒子径比が大きいため炭化物粒子の配合比による空隙率の変化が大きく(図5参照)、製造の際のばらつきによって添加水分量が適正値よりも多くなり易いこともあり、成型後、乾燥前の炭材にラミネーションなどの異常が発生して製品歩留りが著しく低下し、圧潰強度の試験材を揃えることができないほどだった。 Furthermore, in Comparative Example 2, as shown in Table 2 and Figure 9(b), the particle size ratio was large at 2.5, resulting in a low minimum porosity. This reduced the amount of added water needed to fill the gaps between large particles, and consequently, the amount of added binder was the lowest among the five sets, along with Example 3 of the present invention. However, due to the large particle size ratio, the porosity changed significantly depending on the mixing ratio of carbide particles (see Figure 5). Because of variations during manufacturing, the amount of added water tended to exceed the appropriate value. As a result, abnormalities such as lamination occurred in the charcoal material before drying after molding, significantly reducing the product yield to the point where it was impossible to obtain a sufficient sample for crush strength testing.

一方、本発明例1~3では、ペレット形状、ブリケット形状の形状の違いにかかわらず、操業で必要となる圧潰強度と歩留りを維持しながら、バインダー量を低減することができた。 On the other hand, in Examples 1 to 3 of the present invention, regardless of the difference in pellet or briquette shape, it was possible to reduce the amount of binder while maintaining the crushing strength and yield required for operation.

1 転炉本体
2 上吹きランス
3 底吹き羽口
4 煙道
5 スカート
6 ホッパー
7 投入シュート
8 溶銑
9 スラグ
10 転炉排ガス
21 炭材(バイオマス炭材)(乾留物)
22 炭材(バイオマス炭材)粉砕物
23 炭材(バイオマス炭材)混錬物
24 炭材(バイオマス炭材)成型物
24a ブリケット
24b ペレット
26 ロールクラッシャー(カッターミル)
27 ホッパー
28 クラッシャーロール
29 ベルトコンベヤー
31 双ロール式ブリケットマシン
32 ホッパー
33 成型ロール
34 ベルトコンベヤー
41 ペレット製造機(ペレタイザー)
42 ホッパー
43 スクリューフィーダー
44 カッター
45 ベルトコンベヤー

1. Converter body 2. Top-blowing lance 3. Bottom-blowing tuyeres 4. Flue 5. Skirt 6. Hopper 7. Input chute 8. Molten iron 9. Slag 10. Converter exhaust gas 21. Carbon material (biomass carbon material) (carbonized product)
22. Crushed carbon material (biomass carbon material) 23. Mixed carbon material (biomass carbon material) 24. Molded carbon material (biomass carbon material) 24a. Briquettes 24b. Pellets 26. Roll crusher (cutter mill)
27 Hopper 28 Crusher Roll 29 Belt Conveyor 31 Twin Roll Briquette Machine 32 Hopper 33 Forming Roll 34 Belt Conveyor 41 Pelletizer
42 Hopper 43 Screw feeder 44 Cutter 45 Belt conveyor

Claims (4)

炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材であって、
前記炭化物成型体中の炭化物は、
(a) 最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満の粒径を有するものであり、
(b) 大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3であることを特徴とする、転炉用昇熱材。
A heat-raising material for a converter, which is a carbide molded body formed from carbide powder and a binder,
The carbide in the aforementioned carbide molded body is
(a) The maximum particle size is less than half of the characteristic length d of the carbide molded body,
(b) A heat-raising material for a converter, characterized in that when the material is divided so that the large particle size side accounts for 70 volume percent and the small particle size side accounts for 30 volume percent, the ratio of the median particle size D50 of the carbide on the large particle size side to the median particle size D50 of the carbide on the small particle size side is 1.5 to 2.3.
前記転炉用昇熱材は、圧潰強度が490N/個以上であることを特徴とする、請求項1に記載の転炉用昇熱材。 The converter heating element according to claim 1, characterized in that the heating element has a crush strength of 490 N/piece or more. 炭化物粉粒体とバインダーとで成型してなる炭化物成型体の転炉用昇熱材の製造方法であって、
石炭、植物系バイオマス、廃プラスチックの群から選択される少なくとも1つを炭化して炭化物原料を製造し、
前記炭化物原料に対し、1または複数の篩分け処理および1または複数の破砕処理を施して、
(a’) 前記炭化物原料から、最大粒径が前記炭化物成型体の代表長さdの1/2未満となる範囲内で、粒度の異なる複数の群に区分けされた前記炭化物粉粒体を得るようにし、さらに、
(b’) 得られた前記炭化物粉粒体を、大粒径側が70体積%、小粒径側が30体積%となるように区分したときの、大粒径側の炭化物のメジアン粒径D50と小粒径側の炭化物のメジアン粒径D50の比が、1.5~2.3の範囲となるように調合して前記成型前の前記炭化物粉粒体とする
ことを特徴とする、転炉用昇熱材の製造方法。
A method for manufacturing a heat-raising material for a converter, which is a carbide molded body formed by molding carbide powder and a binder,
Carbonized raw materials are produced by carbonizing at least one selected from coal, plant-based biomass, and waste plastics.
The carbonized raw material is subjected to one or more sieving processes and one or more crushing processes,
(a') From the carbide raw material, the carbide powder is obtained, which is divided into multiple groups with different particle sizes, within a range where the maximum particle size is less than half of the characteristic length d of the carbide molded body, and further,
(b') A method for producing a heat-raising material for a converter, characterized in that when the obtained carbide powder is divided so that the large particle size side accounts for 70% by volume and the small particle size side accounts for 30% by volume, the ratio of the median particle size D50 of the carbide on the large particle size side to the median particle size D50 of the carbide on the small particle size side is in the range of 1.5 to 2.3, thereby producing the carbide powder before molding.
前記転炉用昇熱材は、圧潰強度が490N/個以上であることを特徴とする、請求項3に記載の転炉用昇熱材の製造方法。

The method for manufacturing a converter heat-raising material according to claim 3, characterized in that the converter heat-raising material has a crushing strength of 490 N/piece or more.

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