JP2005525467A - 溶鉱炉における鉄生産速度を高めるための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、鉄を含む集塊で装入された溶鉱炉における鉄生産速度を高めるための方法に関する。該方法は、材料を含む装入可能な鉄とスラグ改質に有効量の粒子材料のディスパージョンを接触させることを含み、前記接触は、溶鉱炉工程への集塊の装入前に行われる。

Description

本発明は、請求項１のプレアンブル（ｐｒｅａｍｂｌｅ）に従った、溶鉱炉における鉄生産速度を高めるための方法に関する。

本発明は、一般に、溶鉱炉シャフトに存在する高炉ガス及び鉱物間の反応に影響すること、並びに溶融スラグの形成に関連する鉱物の分布に関する。また、鉄鉱石集塊の取り扱い及び輸送における粉塵抑制に関する因子も存在する。

酸化鉄ペレットは、溶鉱炉において、通常、単独又は鉄単位として天然の塊鉱又は焼結物（ｓｉｎｔｅｒ）と共に使用される。約１０００℃より高い、炉の高い温度領域において、酸化鉄から金属鉄への還元は、急速に加速する。この急速な還元ステップの間に、鉄鉱石塊が、鉄−鉄焼結又は低融点表面スラグ（ｓｕｒｆａｃｅ−ｓｌａｇ）の形成によって集合し（ｃｌｕｓｔｅｒ）得ることが見出されている。さらに温度が高くなると、集塊中のスラグ形成材料が、溶融し始め、最終的には集塊から滲み出てくる。１次スラグ（ｐｒｉｍａｒｙ ｓｌａｇ）は、性質上、酸性になる傾向がある。これらの、いわゆる１次スラグは、その後、還元ガス又は炭素との接触によって還元される残留ＦｅＯを含有する。炭素と接触した鉄は、浸炭され、融解する。最初の工程において形成されたスラグは、装入物（ｂｕｒｄｅｎ）中の他の塊状スラグ形成物質と反応して２次スラグ（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｓｌａｇ）を形成し、その後、最終的に残留コークス灰と反応して、炉から注ぎ出される（ｔａｐ）最終スラグ（ｆｉｎａｌ ｓｌａｇ）を形成する。この、スラグ及び鉄の溶融及び与炭を含む溶融工程は、溶融ゾーン及び炉の炉床における安定性に大きく影響し、並びにガスフロー（ｇａｓ ｆｌｏｗ）に影響し得ることが見出されている。このプロセスを通して流動性スラグ（ｆｌｕｉｄ ｓｌａｇ）を維持することは、安定な操作にとって、決定的に重要である。これは、鉱石層における二次スラグの塩基性度が高くなるにつれて、１次スラグ及び２次スラグ間の溶融温度の極端な違いのリスクが大きくなり、極めて低容量のスラグで操作される炉にとって特に重要である。時には、ＦｅＯの吸熱性還元及び鉄の溶融により、スラグは、鉱石層を通るブロッキングガスフロー（ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｇａｓ ｆｌｏｗ）を再凍結する可能性があり、さらなる還元及び溶融を遅延し得る。スラグ形成物質の分布を改良することが、スラグ溶融温度における 極端な違いを減少させる。

羽口及び炉床での極めて高い温度において、装入（ｃｈａｒｇｅ）材料と共に入るいくつかのアルカリ（カリウム及びナトリウム）は、還元及び気化され、シャフト内でガスと共に上昇する。アルカリが上昇するにつれ、それらは、最初に、アルカリを捕捉することでよく知られている、装入物中の酸成分と反応する。酸成分中に捕捉されなかったアルカリは、上昇し続け、カーボネート及びシアン化物として堆積する。これらの堆積物は、付着物、ハンギング（ｈａｎｇｉｎｇ）を生じ、炉の耐火ライニングとも反応することが知られている。また、還元ガス中のアルカリの存在は、パックされた床（ｐａｃｋｅｄ ｂｅｄ）における浸透性の問題を生じる、コークス及び鉄鉱石塊の分解を引き起こすことが示されている。アルカリ循環の程度並びにアルカリ存在下でのコークス及び鉄装入物の反応は、溶鉱炉操作において絶えず続く悩みの種である。

鉱石の集合現象、乏しいスラグ形成及び溶融挙動並びにアルカリ循環は、結果として、より少ない効率的なガス−固体接触、不安定な装入物降下及び結果として低い生産性を生じる、より高い溶鉱炉燃料比を必要とする不安定な溶銑（ｈｏｔ ｍｅｔａｌ）特性を生み出す。

これらの挙動に対して影響を与える、考慮されるべき数々の鉱物学的な要因が存在する。下記の挙動のいずれかを向上させることは、溶鉱炉プロセスを改良し、溶鉱炉の生産性及び効率を高め得る。

まず第１に、酸性材料（すなわち、十分な量のシリカ又はアルミナを含む材料）が、カーボネート又はシアニドよりもより安定な形態でそれらを結合するためにアルカリと強く反応する。カーボネート又はシアニド堆積物の形態でシャフト内を循環するアルカリがガスフローをブロックし、壁上に形成する堆積物、鉱石層の集合を引き起こし、ならびにコークス又は集塊と反応して分解を引き起こす。シリカの添加は、砂利の形態において、例えば、最後に注ぎ出されたスラグ組成を調整するのに有効であるが、そのような砂利の粒度は、一般に、＋６ｍｍで装入され、ガス−固体反応には、かなり小さい表面積をもたらす。バルク添加剤（ｂｕｌｋ ａｄｄｉｔｉｖｅｓ）の小さい表面のため、アルカリとの反応は、最大限に行われない。

第２に、集塊が溶融し始めた場合、酸性スラグは、鉄鉱石集塊から最初に流れ出る。スラグは、通常６ｍｍよりもはるかに大きい粒度の、塊の石灰石、転炉スラグ、ドロマイト又はカンラン石等のバルク固体（ｂｕｌｋ ｓｏｌｉｄ）として添加され得る、ＣａＯ及びＭｇＯ等のネットワーク破壊（ｎｅｔｗｏｒｋ―ｂｒｅａｋｉｎｇ）酸化物によるフラクシング（ｆｌｕｘｉｎｇ）を要求する。しかし、フラクシング粒子の不均一分布のため、極端なスラグ組成が存在する可能性があり、結果としてガスフローを阻害（ｂｌｏｃｋ）する高い粘度のスラグを生じ、場合によってはペレットの集合を引き起こし、最悪の場合、極端なガスのチャネリング及びハンギングを引き起こすスラグの再凍結を生じる。

第３に、鉄の固体状態の焼結又は低融点表面スラグのいずれかによる、鉄鉱石集塊の集合は、高融点鉱物層を集塊間の接触点への適用によって緩和することができる。

集合は、ＤＲペレットの表面に高融点鉱物を適用することにより、ＤＲプロセスにおいて減少された。

炉の化学的挙動と無関係である最終的な考慮すべき事柄は、輸送における粉塵を最小限にするために典型的に使用される散水である。場合によっては、より多くの燃料を必要とし、従って、溶鉱炉生産性を低下させる、溶鉱炉トップガス温度（ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｔｏｐ ｇａｓ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を下げるため、ペレット中の水分は、避けられる。また、高炉ガスから逃れた粉塵は、回収され、そして廃棄されなければならないことから、粉塵抑制は、溶鉱炉プロセスにおいても重要である。そのような粉塵は、通常、煙塵と呼ばれ、鉄単位の損失と廃棄又はリサイクルに費用がかかる。さらに、輸送における粉塵の減少は、鉄単位の損失を少なくし、溶鉱炉製鉄の環境的側面を改善する。

ＵＳ ４ ３５０ ５２３は、溶鉱炉内で使用された場合、鉄鉱石ペレットは、コークス及び燃料比を減らし、また、溶鉱炉プロセスにおけるスリップ及び変動（ｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎ）の頻度をも減少することを開示している。この文献によれば、高温領域におけるペレットの還元性（ｒｅｄｕｃｉｂｉｌｉｔｙ）（いわゆる還元の遅延（ｒｅｔａｒｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ））は、個々のペレットの空隙率及び孔径の増加によって向上する。このペレットは、ペレットに焼成する（ｆｉｒｉｎｇ）前に、ペレット化プロセスの間にペレットに可燃性の材料を加えることによって製造される。

ＲＵ １７３ ７２１は、還元単位の上部（ｕｐｐｅｒ ｐａｒｔ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｕｎｉｔ）におけるペレットの緩み及び破損の問題及び炉シャフトの中間及び底の部分における金属鉄の集中的な形成の間のペレットの付着（ｓｔｉｃｋｉｎｇ）の問題を開示している。この文献の教示によれば、この問題は、焼成の直前に、グリーンペレット（ｇｒｅｅｎ ｐｅｌｌｅｔ）にＣａＯ及び／又はＭｇＯ含有材料のコーティングを適用することによって、軽減される。表面層の塩基性度を変化させることによって、ペレットの還元特性は向上される。

溶鉱炉効率及び生産性が、様々な方法を通して着実に改善されてきているが、このプロセスはまだ改善され得る。従って、本発明の目的は、焼成されたペレットの還元性又は還元分解特性を変化させないような方法で、燃料効率及び安定性を高め、ならびにそれによって生産速度を高める方法を提供することである。そのような改良を提供する方法は、改善されたスラグ形成及び溶融反応によるガスチャネリング、スリッピング及び粉塵形成の量の減少、鉄鉱石集塊の集合度の減少、ならびに溶鉱炉内でのアルカリ循環の減少又は改変をすることである。

従って、ここに示唆される発展及び提案は、驚くほど、溶鉱炉における効率及び生産性の向上を示した。

［発明の要約］
本発明は、鉄を含む集塊によって装入されている溶鉱炉における鉄生産速度を高めるための方法であって、装入可能な鉄を含む材料とスラグ改質有効量の粒子材料のディスパージョンを接触させることを含み、前記接触が、溶鉱炉手順の前に行われる。溶鉱炉にすぐに装入可能であるペレット等の鉄を含む材料をコーティングすることは、グリーンペレットに対してコーティングを適用するのと比較して、数多くの利点がある。焼成されたペレットをコーティングすることの利点の１つは、ペレットの基本特性がコーティング手順によって変化しないことであり、従って、ペレット強度及び還元性を変化させることなく、あらゆるコーティング材料を使用し得る。焼成されたペレットをコーティングすることに対する２つ目の利点は、コーティング材料が、鉱物学的に変化せず、反応のためのより高い表面積を有して、溶鉱炉に入り、それにより、所望の気体−固体反応を促進することである。

スラグ改質有効粒子材料（ｓｌｕｇ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）は、生石灰、石灰石、ドロマイト（ｄｏｌｏｍｉｔｅ）を含む石灰を有する材料；マグネサイト、カンラン石、蛇紋石及びペリクレースを含むマグネシウムを有する材料；ボーキサイト、ボーキサイト粘土（ｂａｕｘｉｔｉｃ ｃｌａｙｓ）及びカオリナイト、カオリン粘土、ムライト、コランダム、ベントナイト、シリマナイト、耐火粘土を含むアルミニウムを有する材料；あるいは、珪岩又はシリカ鉱物のいずれかを含むシリカを有する材料；あるいは、酸化バリウムを含む酸化物を有する材料；あるいは、イルメナイト、ルチル等の使用される他の典型的な材料からなる群より選択され得る。

焼成された溶鉱炉ペレットのコーティングは、積地（ｌｏａｄｉｎｇ ｐｏｒｔ）での積み込み等、環境的に敏感なダスト（ｄｕｓｔｉｎｇ）を生じる、最初のハンドリングの前が好ましい。また、コーティングは、溶鉱炉に装入する直前（又は焼成の直後）に行われ得る。

コーティング混合物の一部は、粘土、又はセメントタイプの材料等、表面の所定の位置にコーティング混合物を保持する粒子上に硬化し得る、結合剤材料でもよい。

溶鉱炉プロセスにおけるアルカリ循環を減少させるため、又は鉄鉱石ペレットのスラグ溶融挙動を改善するため、本発明者らは、反応性の鉱物表面積を最大化し及びスラグ形成物質の分布を改良する可能性を広範囲にわたって調べた。この最大化は、焼成されたペレットの表面上に様々な鉱物のコーティングを分布させることによって達成された。輸送、取り扱い及び煙塵産生における粉塵産生の制御ならびに煙塵の発生の制御は、１つの発明から複数の利益を達成するために、反応表面積の最大化の調査と組み合わせて、可能な改善について調べられた。

一連の調査の後、溶鉱炉プロセスにおける改善は、鉄鉱石ペレット上に、溶鉱炉プロセスにおいて特異的な挙動を有すると知られ、又は信じられている特定の粒子固体を含むディスパージョンを適用することを通して、証明された。さらに、該ディスパージョンでコーティングすることは、最大限の粉塵抑制に対して最適化され得、それによって輸送及び取り扱いのためのコーティングされたペレットの必要な水分を最小化する。

スラリーの有効表面積は、バルク固体（ｂｕｌｋ ｓｏｌｉｄ）としてのコーティング鉱物を装入するよりも数オーダー（ｏｒｄｅｒ）高い規模であり、従って、反応性はずっと大きい。この方法において、アルカリと反応する鉱物（以下、アルカリ反応性材料と呼ぶ）は、溶鉱炉シャフト内での高いアルカリ循環の原因として知られているカーボネート又はシアニドよりも安定な形態の最大量のアルカリを捕捉できる。ペレット表面上に分散された鉱物を用いて、ガスからアルカリを除去することは、コークスの分解を引き起こすアルカリとコークスの反応、又は足場及び耐火物損傷を引き起こす耐火物上への堆積を制限する。

ペレット表面に鉱物コーティングを適用することによって、ペレットから流れる１次スラグは、一般に酸性１次スラグが滲み出始める際に、臨界反応表面においてより均一に形成され得る。酸化カリウム及び酸化ナトリウムが極めて強く酸性スラグの粘性を低下させることから、アルカリと反応した酸性材料に対し、スラグ形成が改善されることに注目すべきである。

制御された粒径及び酸化鉄に比べて異なる表面極性を有する微粒子固体を含むディスパージョンを適用することにより、そうでなければ最終的には遊離した粉塵として終わる個々の粒子は、より効果的にペレット表面に付着する。この強固な付着は、輸送における粉塵及び溶鉱炉トップガスによる粉塵のアウトプット（ｏｕｔｐｕｔ）の両方を減少する。

［発明の詳細な説明］
本発明は、鉄を含有する集塊によって装入された溶鉱炉における鉄産生を向上するための方法であって、装入可能な鉄を含む材料とスラグ改質有効量の粒子材料のディスパージョンを接触させることを含む方法に関する。前記接触は、鉄鉱石集塊の後、溶鉱炉シャフトへの装入前に行われる。

本発明の装入可能な集塊材料は、溶鉱炉内での処理に典型的なあらゆる形態であってもよい。制限されない例として、装入可能な材料は、ペレット、ブリケット、粒子等に凝集された鉱石であり得、あるいは、典型的に塊鉱又は粗石鉱（ｒｕｂｂｌｅ ｏｒｅ）と称される天然凝集酸化鉄鉱石であり得る。

ここで使用される“ディスパージョン”とは、液体メディウム中の、微細な、微粉の及び／又は粉末化された固体材料のあらゆる分布又は混合物を意味する。同類の用語“スラリー”、“懸濁液”等も、用語“ディスパージョン”に含まれる。

ここで使用される“スラグ改質材料”は、スラグ形成工程において活性なあらゆる材料として理解される。この材料の主な効果は、高炉ガス中においてアルカリを捕捉し得ることである。ここで使用される“アルカリ反応性材料”は、添加されたスラグ形成物質の分布又は組成を改善することによるスラグ形成プロセスにおいて補助し得るあらゆる材料として理解される。さらに、ここで使用される“フラクシング有効材料（ｆｌｕｘｉｎｇ−ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｅｒｉａｌ）”は、低融点表面スラグ形成の固体状態焼結を防止することによる、還元後の装入可能な鉄を含む材料の集合を減少させることを主な効果とする、あらゆる材料を意味する。これらの材料は、“クラスター減少有効（ｃｌｕｓｔｅｒ ａｂａｉｔｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ）” 材料とも呼ばれる。

１つの実施態様において、鉄を含む集塊は、鉄鉱石ペレット形成において使用される結合剤及び他の添加剤を含むペレットの形態である。典型的な結合剤及び添加剤は、結合剤及び添加剤の使用方法と同様に、公知である。そのような結合剤及び添加剤の限定されない例は、ベントナイト等の粘土、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）のアルカリ金属塩、塩化ナトリウム及びグリコール酸ナトリウム、ならびに他のポリサッカリド又は合成水溶性ポリマーであり得る。

本発明のディスパージョンは、必要に応じて、安定なディスパージョンを保持することを補助し、及び還元性の鉄を含む材料に対する粒子材料の付着を増強し、ならびに／又はディスパージョンのより多くの固形分を可能にする、安定化システムを使用し得る。従来公知の安定化システムが、ディスパージョンを安定化することを補助するという条件下で、使用され得る。そのような安定化剤の例は、ポリアクリレート、ポリアクリレート誘導体等の有機分散剤ならびに苛性ソーダ、灰、リン酸等を含むの無機分散剤である。好ましい安定化剤は、キサンタンガム又はその誘導体、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等のセルロース誘導体、ポリアクリルアミド等の合成粘度調整剤を含む有機及び無機安定化剤の両方を含む。

ここで使用される“粒子材料”は、水等の液体メディウム中にディスパージョンを形成することが可能な材料のような微粉末である。

従来、鉄及び製鉄において使用されているあらゆるフラクシング剤（ｆｌｕｘｉｎｇ ａｇｅｎｔ）及び添加剤は、本発明のディスパージョンに利用され得る。好ましくは、石灰を有する材料及びマグネシウムを有する材料ならびに限定されない数々の例は、生石灰、マグネサイト、ドロマイト、カンラン石、セルペンタイン、石灰石、イルメナイトである。

あらゆるアルカリ反応性材料を、本発明のディスパージョンに利用することができる。典型的な、限定されない例は、珪岩、ボーキサイト又はボーキサイト粘土（ｂａｕｘｉｔｅ ｃｌａｙ）、カオリナイト又はカオリン粘土（ｋａｏｌｉｎｉｔｉｃ ｃｌａｙ）、ムライトである。

ディスパージョン中の粒子の大きさは、粒子材料のタイプ及びその水等のメディウム中でディスパージョンを形成する能力によって決定される。一般に、粒子材料の平均サイズは、０．０５μｍ〜約５００μｍの範囲である。

本発明の方法を行うにおいて、装入可能な鉄を含む集塊と粒子材料を接触させるために、様々な技術が使用され得る。好ましく使用される方法は、集塊材料と接触されるディスパージョンの形成に関与する。

本発明は、実験室及びパイロット−スケールの両方での一連の実験における溶鉱炉プロセスでの効果について試験された。２つのタイプの鉄鉱石ペレットが、様々なコーティングを用いて試験された：ＭＰＢＯペレット（標準ＬＫＡＢカンラン石ペレット）及びＭＰＢ１（ＬＫＡＢ実験的ペレット）。輸送及び操作における改善された粉塵抑制は、コーティングされたＭＰＢＯペレットでのフルスケール試験によって確認された。

試験の第１シリーズにおいて、標準ＭＢＰＯペレットが評価された。このペレットの化学的解析が、表１に示される。ＭＰＢＯ−２及びＭＰＢＯ−３は、類似のタイプのペレットであり、いずれもカンラン石及び少量の石灰石が添加されたカンラン石ペレットであり、ＭＢＰＯ−３ペレットは、少量の珪岩も添加されている。

ＭＰＢＯ−３ペレットは、コーティング実験のための塩基ペレットとして使用されるのに対し、コーティングされていないＭＰＢＯ−２及びＭＰＢＯ−３の両方は、実験的溶鉱炉における参照材料として使用された。ペレットは、異なるタイプのコーティング材料でコーティングされ、ここで、３つのタイプ（カンラン石、珪岩及びドロマイト）のコーティング材料が、この調査において使用された。それらのすべては、結合相（ｂｉｎｄｉｎｇ ｐｈａｓｅ）として、９％のベントナイトと混合された。コーティング材料の化学的解析も、表１に示すが、コーティング材料のサイズ分布は、異なるサイズ範囲におけるフラクションとして表２に示す。使用された全ての材料は、サイズにおいて極めて類似しており、ほとんどが＜４５μｍ（６５〜７０％）及びごく少量が＞０．１２５ｍｍ（１〜６％）であった。

コーティング工程の間、ペレットは、コンベヤーベルト（ｃｏｎｖｅｙｅｒ ｂｅｌｔ）上のペレットビン（ｂｉｎ）から取られた。第２のコンベヤーベルトへの移動ポイントにおいて、あらかじめ混合されたコーティングスラリーを、２つのノズルを通してペレットの流れに噴霧した。コーティングスラリーは、上記のようにベントナイトと混合されたコーティング剤を構成し、固形分２５％に到達する（ａｒｒｉｖｅ ａｔ）ように水を加えた。コーティングスラリー及びペレットのフローは、１トンのペレット産物に対して４ｋｇの量の固体のコーティング材料を塗布するように調整された。

塩基ペレット及びコーティングされたペレットの化学的解析を、表３に示す（溶鉱炉サイトで採取されたペレットの化学的解析も示されている）。コーティング材料は、保存、輸送、取り扱い及びふるい分け（溶鉱炉に装入される前に篩い分けで＜６ｍｍの小さいサイズは除かれた）の後も、ペレット表面上に残っていることがわかった。

実験室スケールにおけるコーティングされたペレットの挙動を調べるため、溶鉱炉ペレットに対して通常使用される装入下での還元試験（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｌｏａｄ ｔｅｓｔ）、ＩＳＯ ７９９２試験が採用された。ＩＳＯ ７９９２試験に、還元後の付着（ｓｔｉｃｋｎｇ）計測のためのドロップ試験が付加された。

ＩＳＯ ７９９２試験において、１２００ｇのペレットは、１０５０℃にて、８０％の還元度（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ）まで、還元の間サンプルベッド（ｓａｍｐｌｅ ｂｅｄ）上の５００ｇ／ｃｍ^２の装入と共に、２％ Ｈ_２、４０％ ＣＯ及び５８％ Ｎ_２の雰囲気にて、等温的に還元される。溶鉱炉シャフト内でこの条件をシミュレートする観点から、ドロップ手順が追加されたＩＳＯ ７９９２試験は、溶鉱炉ペレットに対する好適な付着試験である。ペレットがより強い還元ガスに暴露され始め、金属鉄への還元が加速し始めるリザーブゾーン（ｒｅｓｅｒｖｅ ｚｏｎｅ）の下部末端におけるおよその温度であることから、１０５０℃の試験温度が好適である。少量の溶融スラグも形成し得る。試料は、その後、窒素中で冷却され、試料の集合した部分は、１．０メートルのドロップ試験で、２０ドロップ（ｄｒｏｐｓ）まで処理される。この試験の結果は、付着の傾向を示す付着指数値（ｓｔｉｃｋｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｖａｌｕｅ）ＳＩが０（ドロップ試験開始前に凝集粒子がない）〜１００（２０ドロップ後でさえも、全ての粒子が凝集した）である。この試験の結果は、表４に示される。ドロマイト及びカンラン石は、付着測定に、明らかに影響している。しかしながら、珪岩では、実験室の付着試験において、計測可能な効果は何もなかった。コーティング材料の鉱物学的特性は、溶鉱炉内の反応によって劇的に変化する可能性があるということ、ならびに付着指数は、表面及び表面に残存する材料に対して効果があることを主に示していることに注目すべきである。実験室の還元及び付着試験の結果は、溶鉱炉操作における効果について、必ずしも相互に関係又は説明するものではない。

機械的及び冶金学的試験の結果は、表５に示される。ペレットの特性に関連するほとんどのパラメーターは、コーティングの使用によってはかろうじて影響されるか又は全く影響されない。冷間圧縮強度（Ｃｏｌｄ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）（ＣＣＳ）において、１３〜２９ｄａＮ／ペレット又は６〜１２％及び低温粉末化値（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ）（ＬＴＤ）において、＞６．３ｍｍフラクションにおいて１８パーセント単位までの、減少が得られた。これらの両方の変化は、コーティング材料によって引き起こされるものではなく、実際に、水を鉄鉱石ペレットに添加することの公知の効果によって引き起こされるものであった。

パイロットスケール試験の第１シリーズにおいて、上記のコーティングされたＭＰＢＯペレットは、１．２炉床径のＬＫＡＢ実験的溶鉱炉に装入された。

試験は、５つの異なる期間に分けられた：
ＭＰＢＯ−２ コーティングされていないペレットを用いた参照期間
ＭＰＢＯ−Ｏ カンラン石コーティングＭＰＢＯ−３ペレット
ＭＰＢＯ−Ｄ ドロマイトコーティングＭＰＢＯ−３ペレット
ＭＰＢＯ−Ｑ 珪岩コーティングＭＰＢＯ−３ペレット
ＭＰＢＯ−３ コーティングされていないペレットを用いた参照期間
ＭＰＢＯ−２及びＭＰＢＯ−３の両方のペレットタイプは、スウェーデンのＳＳＡＢ Ｔｕｎｎｐｌａｔ（Ｌｕｌｅａ）及びＳＳＡＢ Ｏｘｅｌｏｓｕｎｄ、ならびにフィンランドのＦｕｎｄｉａ Ｋｏｖｅｒｈａｒにおいて、溶鉱炉の操作にいかなる顕著な違いを示すことなく操作された。

表６は、各試験期間に溶鉱炉に装入された、ペレットの水分含有量及び塊のスラグ形成物質の量を示す。ＭＰＢＯ−２ペレットは、乾燥していた（０．１％水分未満）一方、ＭＰＢＯ−３ペレットは、２．２％の水分含有量を有した。コーティング手順の間にペレットに添加された水分量は、およそ１．５％に相当し、沈殿に対する暴露は、結果としてペレット水分をさらに０．６〜０．８％に増加させた。

装入物（ｂｕｒｄｅｎ）に装入された石灰石の量は、全ての期間においてほぼ一定のレベルに保たれた。標的スラグ塩基度及び容量を維持するため、塩基性ＢＯＦ−スラグ添加及び塊の珪岩添加の量が、使用された異なるコーティング材料の異なる化学的性質を補償するために、調整された。

この試験の主な目的は、燃料比を最小限に抑え、炉生産性を最大化することよりも、むしろ、安定な操作を保持し、煙塵産生に対する効果を確立することであった。溶鉱炉（ｆｕｒｎａｃｅ ｂｌａｓｔ）条件は、表７に示される。このプロセス安定性（ｐｒｏｃｅｓｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ）の主要な指標は、等式１に従って計算される、装入物降下（ｂｕｒｄｅｎ ｄｅｓｃｅｎｔ）における安定性及び装入物耐性指数（ｂｕｒｄｅｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ）（ＢＲＩ）の安定性である。

試験の第１シリーズにおいて、降下速度（ｄｅｓｃｅｎｔ ｒａｔｅ）は、カンラン石コーティングＭＰＢＯペレットの場合のみ、明確な改善を示し、ガスフローに対する耐性は、珪岩でコーティングされたペレットを用いた場合に顕著に安定であった（図１）。カンラン石コーティングによる降下速度（ｄｅｓｃｅｎｔ ｒａｔｅ）における改善は、軽減されたクラスター効果（ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ）に起因し得る。ガスフローに対する耐性は、主に、ペレットの溶融挙動に関連する。石炭注入システム（ｃｏａｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ）における変動のため、その比較のための使用は、確実なものではない。しかしながら、珪岩コーティングＭＰＢＯペレットの場合、安定性は極めて良く、ドロマイトコーティングＭＰＢＯ期間において冷硬されている（ｃｈｉｌｌｉｎｇ）炉床からの回収の間でさえも、ガスフローに対する耐性は、安定なままであった。おおまかな結論としては、コーティングされたペレットを用いた操作は、参照のコーティングされていないペレットを用いたものよりも、より安定であった。

トップガスによって持ち出される（ｃａｒｒｙ ｏｕｔ）粉塵及び煙塵として回収される容量は、コーティングされていないペレットに比べ、コーティングされたペレットの方が顕著に減少した。表８は、回収された煙塵の量及びその組成を示す。回収された煙塵の平均サイズ分布は、表２に示された。煙塵は、この試験でコーティングに使用された材料よりも、かなり粗いことがわかる。煙塵のより細かい部分は、集塵サイクロン（ｄｕｓｔ ｃａｔｃｈｅｒ ｃｙｃｌｏｎｅ）を通過し、後の湿式電気集塵装置によって、スラッジ（ｓｌｕｄｇｅ）の形態で、回収される。表９は、異なる期間からの溶鉱炉スラッジの組成を示す。

乾式集塵サイクロンにおいて回収された溶鉱炉煙塵の顕著な減少は、表７に示される、コーティングペレットを用いた試験の間、観察された。煙塵の容量は、コーティングされていないペレットに比較し、コーティングされたペレットを用いた全ての３つの期間で、顕著に低かった。表７の煙塵の化学的解析に基づく質量バランスは、炉を出て行く煙塵としてのペレット材料は、約３分の２に減少したことを示す。これらの観察は、煙塵の湿った部分（すなわち、スラッジ）において、表８からわかるように、鉄含有量も、コーティングされたペレットを用いた場合に減少するという事実によって、さらに確認された。

装入された塊のスラグ形成物質と同様に、コークス微粒子（ｆｉｎｅｓ）によって形成された微細な粒子の量は、コーティングされたペレット及び湿ったＭＰＢＯ−３ペレットを用いた期間では、乾燥ＭＰＢＯ−２ペレットを用いた期間よりも、全て低かったことにも注目すべきである。この理由としては、湿った又はコーティングされた、湿ったペレットの表面への粉塵付着の効果であると考えられる。

酸性コーティング材料（珪岩又は、より少ない程度のカンラン石のいずれか）の使用は、溶鉱炉操作の間の、スラグによる、より良いアルカリの除去を与えるであろうと予期された。これは、反応に利用可能なコーティング材料の極めて高い表面積によると予期された。しかしながら、この予期された効果は、ＭＰＢＯペレットを用いた試験の第１シリーズの間は、証明されなかった。ＭＰＢＯペレットは、実験的な溶鉱炉由来のプローブ試料から、かなり良いアルカリ捕捉能力を有し、アウトプットは、最終溶鉱炉スラグの組成によってのみ影響され得ることが、すでに知られていた。しかしながら、内部のアルカリ循環は、ペレット表面に形成される高いアルカリ含有量のシリケートスラグを用いた、珪岩コーティングによって変化されることが期待され、これは、ガスフロー耐性の高められた安定性に反映される。

第２の試験シリーズにおいて、ＭＰＢ１ペレットと呼ばれるコーティングされた実験的ペレット（表１０に示される組成）を用いた実験的溶鉱炉の挙動を評価した。アルカリアウトプットを、詳細に研究した。このタイプのペレットへのアルカリ吸収は、焼成の間にペレット中に形成されたスラグの鉱物学的特性のため、ＭＰＢＯタイプのペレットよりも乏しいと考えられた。ＭＰＢＯペレットは、いくらかの未反応のカンラン石及びアルカリと反応する輝石を含む層（ｐｙｒｏｘｅｎｉｃ ｐｈａｓｅｓ）を含有する。ＭＰＢ１ペレットにおいて、ペレット中のスラグ形成物質は、ほとんど、アルカリと非反応性であると見られるアモルファススラグである。

ＭＰＢ１ペレットは、ペレット１トンあたり３．６ｋｇの珪岩及び０．４ｋｇのベントナイト；ならびに３．６ｋｇのカンラン石プラス（ｐｌｕｓ）０．４ｋｇのベントナイトを、それぞれ得るために、水性ディスパージョンを用いてコーティングされた。ＭＰＢＩペレットは、参照としていかなる粒子も含まない水でコーティングされた。コーティング手順は、前記のＭＰＢＯを用いた試験と本質的に同様であった。前と同じように、燃料比及び生産性の最適化よりも、むしろ安定性がこの操作の目的であった。

図２は、参照ＭＰＢ１ペレットに比べ、カンラン石又は珪岩コーティングＭＰＢ１ペレットを用いたスラグによる、改善されたアルカリ除去を明確に示すスラグによるアルカリアウトプットを示す。炉は、異なるスラグ塩基度分布を生じる珪岩コーティングＭＰＢ１ペレットを用いた期間においてより温かった。これにもかかわらず、両方のタイプのコーティングが、与えられたスラグの光学的塩基度に対する改善されたアルカリアウトプットを示した。装入物降下（ｂｕｒｄｅｎ ｄｅｓｃｅｎｔ）も、表１１に示すように、コーティングされたペレットを用いた方がよりスムースであった。装入物耐性指数（ｂｕｒｄｅｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ）は、変化しないままであり、珪岩コーティングペレットに対して偏差が僅かに増加したが、これは、むしろ過剰に燃料を供給された炉による、高い溶銑シリコン含有量に関係すると解釈されるべきである。カンラン石コーティングペレット期間の間の僅かに削減された燃料比により、ガスフローに対する耐性は、参照期間よりも、低く、より安定であった。

さらに、コーティングされたＭＰＢ１ペレットの使用は、溶銑シリコン含有量の関数として溶銑温度（ｈｏｔ ｍｅｔａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）を改善した。図３は、珪岩及びカンラン石コーティングＭＰＢ１ペレットに対する結果を示す。溶銑温度を維持する、より低い溶銑シリコン含有量における操作は、より低いコークス比を可能とする溶鉱炉プロセスにおける利点を有し、従って、転炉スラグに対する鉄の損失を最小限にすることと同様に、高い生産速度、それによる、製鉄プロセスにおける全般的な鉄の収率を高める。集合及びアルカリ循環の両方における減少は、温度及び溶銑Ｓｉの関係に影響する要因である。より低いシリコンにおける散乱及びコーティングＭＰＢ１ペレットに対する温度は、より安定な溶融領域及び炉のより低い部分での気体−固体接触を示す。激しい集合は、溶融鉄の温度を減少する、炉床内に下降する溶融していない集合材料を結果として生じ得る。第２に、アルカリ循環は、高温領域における還元及び酸化ならびにシャフト内で低い温度で凝固することによるヒートポンプとしてはたらき、それによって、より高い温度領域において金属が利用できる熱を除去する。また、シャフト内のアルカリ堆積は、粉塵、例えばカーボネート（容易に再循環し、シャフト内に高く堆積する可能性があり、ハンギング及び足場を引き起こすことが知られている）を産生する。

第３試験シリーズにおいて、ＭＰＢＯペレットを、ペレット１トンあたり、３．６ｋｇのカオリナイト及び０．４ｋｇのベントナイトを得るために、同様のディスパージョンシステムを用いてコーティングした。表１２は、コーティングペレットと同じ量で、水を用いて噴霧された参照ＭＰＢＯの組成、及びコーティングされたペレットの組成を示す。装入物中において、８０％のＭＰＢＯペレットと共に使用される２０％の他のペレットが、市販の溶鉱炉において、使用された。装入物の構造は、８０％のＭＰＢＯペレット（コーティング又は非コーティング）及び２０％の他のペレットと一定に維持された。

カオリナイトコーティングＭＰＢＯペレット及び参照ＭＰＢＯペレットを用いた試験期間において、燃料比を最適化するために、試験期間の間、燃料比を積極的に削減した。炉は、石炭注入より安定で確実なデータを与える、オイル注入（ｏｉｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）を用いて操作された。これらの試験において使用された比率では、石炭注入速度及び燃焼挙動は、オイル注入システム又はオイル燃焼ほど、安定ではない。

実験的溶鉱炉操作の重要な結果は、表１３に示される。カオリナイトコーティングされたペレットは、降下速度（ｄｅｓｃｅｎｔ ｒａｔｅ）における低い標準偏差として示される、よりスムースな装入物降下ならびに完全なスリップ欠如；４ｋｇ／ｔｈｍのより低い燃料比；生産速度の増加；及び極めて顕著に減少された煙塵容量を結果として生じた。これらの結果は、前述の試験結果の説明を支持し、ならびに燃料比の減少、生産性の増加及び改善された炉の安定性を示す。

炉の下部シャフト領域からの装入物中プローブによって取られた試料の試験は、予想されたように、カオリナイトコーティング及びカリウム間の顕著な反応を示した。図４は、カオリナイトコーティングからのアルミニウムカリウムシリケート形成の例を示す。カルシライトは、カオリナイトコーティングと高炉ガス（ｂｌａｓｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｇａｓ）との顕著な反応産物として、Ｘ線回折によって同定された。

鉄鉱石ペレットの輸送及び取り扱いにおいて、粉塵は、環境的な関心事である。ベントナイトまたは他の結合剤を用いず、およそ２５％の固体を含む水のディスパージョンを用いて噴霧することにより、１トンのペレットに対して４ｋｇのカオリナイトをコーティングした、カオリナイトコーティングＭＰＢＯペレットに対して、フルスケールの輸送試験を行った。取り扱い及び輸送の間、コンベヤーによる積み込み、積み下ろし及び輸送の間の粉塵抑制が、水のみよりも顕著に良いことが見出された。

選択されたコーティング材料の有効性は、コーティングされたペレットの鉱物学的特性とあわせて考慮されなければならない。あるタイプのペレット上の有効なコーティングは、他のタイプのペレットには、有効でないかもしれない。炉内の条件は、特にアルカリ循環に対する操作の敏感性に関係し、コーティングの選択において重要である。気体及び鉱物間の化学反応の理解、ならびにスラグ形成工程における重大な要因が、特定のペレットタイプに対する最適なコーティングを選択するために必要とされている。

本発明は、以下の図面に示される例示に基づいてより詳細に説明される。
カンラン石、珪岩及びドロマイトのコーティングで試験されたＭＰＢＯペレットによる実験的溶鉱炉試験の間のガスフローに対する耐性（装入物耐性指数（ｂｕｒｄｅｎ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎｄｅｘ），ＢＲＩ）及び装入物降下速度（ｂｕｒｄｅｎ ｄｅｓｃｅｎｔ ｒａｔｅ）。 図２は、カンラン石及び珪岩のコーティングで試験されたＭＰＢ１ペレットの実験的溶鉱炉試験の間の光学的塩基度の関数としてのスラグの酸化カリウム含有量を示す。 図３は、カンラン石及び珪岩のコーティングで試験されたＭＰＢ１ペレットの実験的溶鉱炉試験の間の溶銑温度及びシリコン間の関係を示す。 実験的溶鉱炉の下部シャフト（ｌｏｗｅｒ ｓｈａｆｔ）から除かれたカオリナイト−コーティングＭＰＢＯペレットの表面上のＫ_２Ｏに富むスラグの形成。

Claims (19)

1. 鉄を含む集塊を装入した溶鉱炉における鉄生産速度（ｉｒｏｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒａｔｅ）を高めるための方法であって、該方法が、装入可能な鉄含有材料をスラグ改質有効量の粒子材料のディスパージョンを接触させることを含み、前記接触は溶鉱炉工程に装入される前に行われる。
2. スラグ改質有効量のディスパージョンが、アルカリ反応性材料のいずれかを含む、請求項１に記載の方法。
3. アルカリ反応性材料が、酸化アルミニウムを有する又はシリカオキシドを有する材料のいずれかを含む、請求項２に記載の方法。
4. スラグ改質有効粒子材料が、生石灰、石灰石、ドロマイト（ｄｏｌｏｍｉｔｅ）を含む石灰を有する材料；マグネサイト、カンラン石、蛇紋石及びペリクレースを含むマグネシウムを有する材料；ボーキサイト、ボーキサイト粘土（ｂａｕｘｉｔｉｃ ｃｌａｙｓ）及びカオリナイト、カオリン粘土、ムライト、コランダム、ベントナイト、シリマナイト、耐火粘土を含むアルミニウムを有する材料；あるいは、珪岩又はケイ酸鉱物のいずれかを含むシリカを有する材料；あるいは酸化バリウムを含む酸化物を有する材料；あるいは、イルメナイト、ルチル等の使用される他の典型的な材料からなる群より選択される、請求項１に記載の方法。
5. スラグ改質有効量のディスパージョンが、液体中の固体粒子を含む、請求項１に記載の方法。
6. スラグ改質有効量のディスパージョンが、クラスター減少有効材料を含む、請求項１に記載の方法。
7. 典型的なクラスター減少有効材料が；生石灰、石灰石、ドロマイト（ｄｏｌｏｍｉｔｅ）を含む石灰を有する材料；マグネサイト、カンラン石、蛇紋石及びペリクレースを含むマグネシウムを有する材料；ボーキサイト及びカオリナイト、ムライト、コランダム、ベントナイト、シリマナイト、耐火粘土を含むアルミニウムを有する材料；珪岩を含むシリカを有する材料；あるいは、酸化バリウムを含む酸化物を有する材料；あるいは、イルメナイト、ルチル等の使用される他の典型的な材料からなる群より選択される、請求項６に記載の方法。
8. クラスター減少有効量のディスパージョンが、液体中の固体粒子を含む、請求項６に記載の方法。
9. ディスパージョンの有効量が、典型的なスラグ改質粒子材料のいずれか及び典型的なクラスター減少有効材料のいずれかの混合物として固体粒子含む、請求項１に記載の方法。
10. 固体粒子が、１０００℃を超える温度まで固体の材料であるか、又は加熱した場合に１０００℃を超える温度まで固体である相を形成する、前記請求項のいずれかに記載の方法。
11. クラスター減少有効量のディスパージョンが、結合剤を含む、前記請求項のいずれかに記載の方法。
12. 結合剤が、適当な場所にコーティング混合物を保持する粒子上に硬化し得る、ベントナイト、粘土、セメントタイプの材料又は有機材料を含む、請求項１１に記載の方法。
13. 接触することが、鉄を含む集塊の外周の少なくとも一部に表面コーティング層を形成することを含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 粒子材料が、０．０５μｍ〜５００μｍの範囲内にある、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 粒子材料の５０％より多くが、およそ４５μｍ未満の粒度を有する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
16. ディスパージョンが、スラリー等の液体メディウム中に、微粉材料の混合物を含む、請求項１〜１５に記載の方法。
17. ディスパージョンコーティングスラリーが、混合物の１％〜９０％の固形分を有する、請求項１６に記載の方法。
18. ディスパージョンコーティングスラリーが、混合物のおよそ３０％の固形分を有する、請求項１７に記載の方法。
19. 鉄を含む集塊が、ペレット、ブリケット又は粒状の形態である、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。

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