JP2007523256A - 自己還元する低温結合ペレット - Google Patents

Abstract

自己還元する低温結合ペレット、ならびに溶鉱炉製鉄、非噴射空気炉製鉄、および鋼製錬炉におけるすべての種類の製鋼などを含む多くの種類の鋼鉄を製錬するための、自己還元する低温結合ペレットの製造方法。自己還元する低温結合ペレットは、鉄鉱石濃縮物、炭質還元剤、および結合剤として特別な要件を有する細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを含む。成分はすべて混合されて、混合物を形成する。混合物がボーリングディスクまたは回転ドラムの中に置かれ、水が加えられると、ペレットが生成される。通常約８−１６ｍｍの範囲の予め定められた大きさのペレットは、ローラスクリーンを使用することによって得られる。ペレットは、次いで、硬化装置の中に連続的に置かれる。硬化装置の内部で、ペレットは水和され、約１００−３００℃の温度範囲の、二酸化炭素を含む高温ガスを使用することによって炭酸塩化されることになる。その後、乾燥後に、乾燥されたペレットは硬化装置から排出され、使用可能な状態になる。

Description

発明の背景
１．発明の分野
この発明は、鉄鋼産業において使用される自己還元する低温結合ペレット、およびその製造プロセスに関する。低温結合ペレットが高温に加熱されるときにペレットが自己還元する特性のために、鉄および鋼鉄はペレットを使用してより効率的に製造されることができ、ペレットは、たとえば電気アーク炉（「ＥＡＦ」）、変換炉、製鋼用平炉、溶鉱炉、製鉄用非噴射空気炉、および直接還元鉄（「ＤＲＩ」）製品の製造用の直接還元鉄（「ＤＲＩ」）炉などの大半の製錬炉において使用されることができる。

２．関連技術の説明
コリン（Collin）らの米国特許第３，１５０，９５８号は、酸化鉄および粉末炭質材料の還元のためのプロセス、および製鋼において自己還元するペレットを使用するための一般的な原理を開示する。

ブリッセ（Brisse）らの米国特許第３，１７４，８４６号は、瀝青炭を用いて酸化鉄の微粉を練炭にする方法を開示し、溶鉱炉の装入材料としての酸化鉄の微粉の使用を開示する。

バン（Ban）の米国特許第３，２６４，０９２号は、たとえばキュポラ式炉または溶鉱炉などの製錬施設において使用するのに好適な、炭化および金属化された鉄鉱石ペレットを製造するためのシステムを開示する。

ダール（Dahl）らの米国特許第３，３２３，９０１号は、細かく粉砕された金属酸化物鉱石から作られるペレット、炭質還元剤、および亜硫酸アルカリ液または糖蜜結合剤を開示する。

インペラト（Imperato）の米国特許第３，４３７，４７４号および第３，６１７，２５４号は、製鋼炉において使用するのに好適な、水分が存在する状態で二酸化炭素と反応する、金属鉱石／アルカリ土類金属酸化物および水酸化物／炭質材料（たとえば、石炭）の塊から塊鉱を作る方法を開示する。

スベンソン（Svensson）の米国特許第３，４９０，８９５号は、鉄鉱石濃縮物、細かく粉砕されたポートランド（Portland）セメントクリンカ、および水を含むペレットの低温硬化のためのプロセスを開示する。グリーンペレットは、ばらばらの細かく粉砕された鉄鉱石粒子の塊に埋込まれる。ペレットが許容できる強度に達したとき、埋込んでいる塊はペレットから分離される。

バンの米国特許第３，９３８，９８７号は、非凝集性が不足する酸化鉄鉱石から形成されるペレットを開示し、これらのペレットは、移動火格子機上で、焼結層内に、ペレット内の上記不足を補うのに十分な炭素材料が外部から供給されている状態で、焼結される。

ロトシュ（Lotosh）らの米国特許第４，０４９，４３５号は、鉱石を無機水硬性結合剤と混合することを開示し、得られた混合物は同時に均質化および活性化され、次いで混合物はペレット化され、グリーン塊は熱湿度処理に続いて２段階の熱処理にかけられる。

エリセーブ（Eliseev）らの米国特許第４，０９３，４４８号は、７％から１５％の含水量および０．８３ｍｍ未満の粒度の鉱石濃縮物から混合物を調製し、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの形で材料を結合することを開示する。混合物は次いで、水和され、鉱石濃縮物の中に導入されて、結合材料を４重量パーセントから１５重量パーセント含む均質な混合物を生成する。均質な混合物は次いでペレット化されて、飽和蒸気の中で硬化させることによってペレットを製造する。

フルイ（Furui）らの米国特許第４，１６８，９６６号は、セメント質材料を含み、ＣａＯ対ＳｉＯ₂の比率を１．２から１．９の範囲に維持し、スラグ形成比率を１３％から１９％の範囲に維持するように配合される、溶鉱炉において使用するための凝集物を開示する。このように形成されたばらばらの湿り気のある凝集物は、炉に導入するより前に粉末マトリックスを必要とすることなく、硬化される。

ゴクセル（Goksel）の米国特許第４，５２８，０２９号は、鉱石濃縮物、細かく粉砕された天然熱分解炭質材料、約１重量％から約３０重量％の、たとえば燃焼石灰または消石灰などの結合剤、および０重量％から最大約３重量％のケイ質材料からなる湿った混合物を調製し、この混合物からグリーン凝集物を形成し、グリーン凝集物を圧力下で蒸気と接触させることによってグリーン凝集物を熱水作用により硬化させることによって生成される、酸化鉄を含む材料からなる自己還元する凝集物を開示する。

ミヤシタ（Miyashita）らの米国特許第４，６３６，３４２号は、炭酸塩化結合剤を含むグリーンペレットを垂直型反応炉の中に連続的に供給して、垂直型反応炉における予備乾燥ゾーン、炭酸塩化ゾーン、および乾燥ゾーンを順に通って連続的にグリーンペレットを通過させることと、予備乾燥ゾーンに予備乾燥ガスを吹き込んで、グリーンペレットをその中で予備乾燥させることと、５容量％から９５容量％の二酸化炭素ガスおよび５容量％から９５容量％の飽和蒸気を含む炭酸塩化ガスを炭酸塩化ゾーンの中に吹き込んで、グリーンペレットに含まれる炭酸塩化結合剤をその中で炭酸塩化することと、乾燥ガスを乾燥ゾーンの中に吹き込んで、グリーンペレットをその中で硬化させることとを開示する。

シゲマツ（Shigematsu）らの米国特許第４，８４６，８８４号は、ポートランドセメント、溶鉱炉セメントまたは溶鉱炉スラグである結合剤を、鉄鉱石の微粉と混合して、大きなブロックを形成する。ブロックは、次いで、硬化または固められ、粉砕される。このプロセスの不利な点は、高温圧縮強度が必要な強度より低く、さらに、ペレットに必要な自己還元特性を得るのが困難なことである。

ヤナカ（Yanaka）らの米国特許第５，０６６，３２７号は、結合剤としてセメントを使用し、水を加えることによってセメントを鉄鉱石の微粉および／または炭質物質と混合して、グリーンペレットを形成する。グリーンペレットを移動火格子機上に置いた後、ペレットは次いで５５容量％以上の二酸化炭素の濃度を有するガスによって処理される。この方法の不利な点は、必要な二酸化炭素の濃度があまりに高く、工業環境の中でそれほど大量に見つけること、または得ることがかなり困難であることである。

タケナカ（Takenaka）らの米国特許第６，３３４，８８３号は、炭質材料、および酸化鉄から主に構成される鉄鉱石を含むペレットを開示する。軟化および溶融の際の炭質材料の最大の流動率、および鉄鉱石の中の１０ｍｕ．ｍ以下の酸化鉄の粒子の比率は、指定された範囲内である。

アオタ(Aota）らの米国特許第６，４０９，９６４号は、たとえば鋳造ペレット、練炭などの粒子状の鉄材料を含む、成形された塊を開示し、少なくとも１０００℃までの温度に耐えるのに十分な強度は、十分に水和された高アルミナセメントを結合剤として使用す
ることによって得られ得る。鉄鉱石のより大きな大きさの粒子がこれらのペレットにおいて使用され、したがって、ペレットの還元速度は比較的遅い。使用される材料および製造方法のために、このプロセスによって製造されるペレットは自己還元の分野において困難な点を有する。さらに、結合剤の高アルミナの含有量はいくつかの溶融プロセスでは望ましくない。なぜなら、結合剤の高アルミナの含有量はスラグのアルミナ含有量を増加させることになるからである。

コントルッチ（Contrucci）らの米国特許第６，５６５，６２３号は、約７０℃から約１１０℃の温度で大気圧の下で飽和蒸気が存在する状態で、セメントを結合剤として含む自己還元する凝集物を硬化および乾燥させることを開示する。自己還元する凝集物は、鉄鉱石の微粉ならびに／または酸化鉄および／もしくは金属鉄を含む工業残留物の微粉、たとえば石炭、木炭、グリーン石油コークスおよび同様の微粉などの炭質材料の微粉、たとえば製鋼所スラグおよび溶鉱炉スラグ、石灰石、石灰および同様の材料などの融剤、ならびに結合剤および融剤としてのセメントの混合物であって、７％から１２％の間の湿度の混合物から構成される。このプロセスは蒸気を利用してセメントブロックを硬化するが、グリーンブロックの圧縮強度は低いので、グリーンブロックは含水量を減少させるために予備乾燥されなければならず、その結果、グリーンブロックの圧縮強度を増加させようとする。しかしながら、グリーンブロックを予備乾燥させるこの方法はグリーンブロックを不十分に水和することになり、最終生成物の圧縮強度の質を低下させる。低温圧縮強度は所望の平均より低いと考えられ、わずかに約１７−５０ｋｇｆ／ペレットの範囲である。

たとえば直接製鋼技術、製錬還元製鉄技術、ＤＲＩ技術、溶鉱炉においてコークス対金属の比率を低減する技術、溶鉱炉装入物として焼結品の代わりに低温結合ペレットを使用する製鉄技術などの、現在開発されている鉄鋼製錬技術にとって、直面する最大の問題は、工業生産中にすべての種類の製錬条件下で比較的低コストで、安定的、非常に効果的かつ素早く還元する鉄鉱石をどのように製造するかということである。この理由から、自己還元能力を有する低温結合凝集物の開発が、この問題を解決するための重要なアプローチであると考えられている。

ＡＩＳＩプロセスとして公知のプロセスがある。ＡＩＳＩプロセスは、予備還元段階および製錬還元段階を含む。ＡＩＳＩプロセスでは、予備加熱され、部分的に予備還元された鉄鉱石ペレット、石炭または粉コークス、および融剤が、鉄およびスラグの溶融槽を含む加圧された製錬反応炉の中に上部から装入される。石炭はスラグ層において液化し、鉄鉱石ペレットはスラグに溶け、次いで、スラグの中の炭素（木炭）によって還元される。このプロセスの条件はスラグの発泡をもたらす。このプロセスにおいて発生する一酸化炭素および水素は、スラグ層の中またはスラグ層のすぐ上で後に燃焼されて、吸熱還元反応に必要なエネルギを供給する。酸素は中央の水冷式ランスを通して上吹きされ、窒素は反応炉の底部にある羽口を通して注入されて、後の燃焼エネルギを槽へ熱伝達することを促進するのに十分な攪拌を確実に行う。プロセスオフガスは、ペレットをＦｅＯまたはウスタイトへ予備加熱および予備還元するためのシャフト型炉に送り込まれる前に、高温サイクロンの中で除塵される。

ＣＯＲＥＸ．Ｒ（登録商標）プロセス（ＣＯＲＥＸ．Ｒ（登録商標）は、ドイツフェースト‐アルピネ有限会社（Deutsche Voest-Alpine Industrieanlagenbau GMBH）およびフェースト‐アルピネ（Voest-Alpine Industrieanlagenbau）の商標である）として公知のプロセスもある。ＣＯＲＥＸ．Ｒ（登録商標）プロセスでは、還元炉および溶融室ガス化装置の２つのプロセス反応炉において冶金作業が実施される。非粘結炭、およびたとえば塊鉱、ペレット、または焼結品などの鉄を含む材料を使用して、溶鉱炉の特性を用いて溶銑が生成される。石炭は圧力ロックシステムを通り抜けて、１，１００−１，１５０℃の範囲の温度で石炭の分解蒸留が行なわれる溶融室ガス化装置のドームに入る。溶融室ガス
化装置の中に吹き込む酸素は、導入された石炭からコークス層を生成し、９５％のＣＯ＋Ｈ₂および約２％のＣＯ₂から構成される還元ガスをもたらす。このガスは溶融室ガス化装置を出て、除塵され、８００℃から８５０℃の間の所望の還元温度に冷却される。ガスは次いで、還元炉において、塊鉱、ペレット、または焼結品を、９０％を超える平均的な金属化の程度を有するスポンジ鉄に還元するために使用される。スポンジ鉄は特別に設計されたスクリューコンベアを使用して還元炉から抽出され、溶融室ガス化装置の中に落ち、そこでスポンジ鉄は溶銑に溶融する。溶鉱炉におけるように、石灰石がスラグの塩基性度を調整して、溶銑から硫黄を確実に除去する。使用される鉄鉱石に応じて、スラグの化学的組成および粘性を調整するためにＳｉＯ₂もこのシステムの中に装入されてもよい。タッピング手順および温度ならびに溶銑の組成は、その他の点では、溶鉱炉の中のものと全く同じである。還元炉の炉頂ガスは約７，０００ＫＪ／Ｎｍ³の正味発熱量を有し、幅広いさまざまな目的のために使用されることができる。

低温結合プロセスは、予め定められた大きさならびに使用するのに十分な強度および耐久性を有する凝集物を生成するための物理的プロセスとしても化学的プロセスとしても規定される。これは、材料を含む酸化鉄、結合剤、および／または添加剤を混合して、ペレット形成機を使用することによってグリーンペレットを形成する手段によって達成される。ペレットがペレット化された後、グリーンペレットは次いで、通常は硬化される。

低温結合プロセスは通常、ペレットにおいて使用される結合剤のタイプまたはペレットを硬化する方法によって分類される。たとえば、水硬性結合剤、炭酸塩化結合剤、熱水硬性結合剤、ソレル（Sorel）セメント結合剤、液状ガラス結合剤、および他の有機結合剤は、以前にすべて分析され、利用されてきたプロセスであるが、満足な結果をもたらさなかった。以下は、水硬性および炭酸塩化低温結合方法の２つの例である。

水硬性結合プロセスは、水硬性の物質を結合剤として使用する。たとえば、このプロセスにおいて使用されるセメントは、ポートランドセメント、高アルミナセメント、溶鉱炉セメント、または溶鉱炉スラグから構成される。石灰、ハイドロ石灰、および他のものも使用される。結合剤と材料を含む酸化鉄とを混合し、水を加えた後、ペレットが形成される。その後、ペレットは乾燥され、硬化される。典型的な水硬性結合プロセスは、ポートランドセメントを結合剤として使用する。

炭酸塩化結合プロセスは、石灰、消石灰、または他の石灰を含む材料を結合剤として使用する。結合剤と鉄鉱石の微粉とをともに混合してペレットを形成した後、ペレットは次いで二酸化炭素を含む高温のガスによって硬化される。ペレットに含まれる水酸化カルシウムは二酸化炭素と反応して、炭酸カルシウムを形成し、これが行われた後、ペレットは十分な強度および耐久性を得ることになる。

これまでのすべての低温結合方法は、実際の適用例では有効でないことがわかってきた。この理由は、すべてのこれらの方法には以下の欠陥をもたらす少なくとも１つの欠点があるからである。その欠点とは、低い低温圧縮強度、不十分な還元劣化指数、低い熱強さ、不十分な還元能力、高い製造コスト、または工業用の鉄鋼を連続的に大量に製造できないことである。

他の公知の低温結合凝集物が包括的な冶金性能の厳しい要件を満たすことができないため、あるいは低コストでの連続的な工業生産を実現することができないため、これらの既存の技術はまだ鉄鋼産業に広く応用されることができない。ＭＴＵ炭質ペレットは製鉄用溶鉱炉、ならびに製鋼用電気炉および製鉄用キュポラにも部分的に導入されることができるが、ペレットは低コストで連続的および大規模な生産に移されることができず、したがって、工業的に応用されることができない。

したがって、この発明の目的は、実用化され得る、ペレットおよびその調製のためのプロセスに関する上述の問題を解決することである。

発明の概要
この発明の目的は、自己還元する低温結合ペレット、ならびに溶鉱炉製鉄、非噴射空気炉製鉄、および鋼製錬炉におけるすべての種類の製鋼などを含む多くの種類の鋼鉄を製錬するための、自己還元する低温結合ペレットの製造方法を提供することである。低温結合ペレットの製造の間、水または排ガスまたはその他の廃棄物排出はない。これらのペレットにおける原材料は広範囲であり、鉄鋼所から生成される鉄煤塵または製鋼スラッジは完全に利用されることができる。ペレットの質は非常に安定している。ペレットの製造コストは公知の競合製品より低く、投資資本は焼結品の２分の１未満である。したがって、この発明は製造コストおよび鉄鋼所の避けられない汚染を大幅に低減することができる。

自己還元する低温結合ペレットは、鉄鉱石濃縮物、炭質還元剤、および結合剤として特別な要件を有する細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを含む。成分はすべて混合されて、混合物を形成する。混合物がボーリングディスクまたは回転ドラムの中に置かれ、水が加えられると、ペレットが生成される。通常８−１６ｍｍの範囲の予め定められた大きさのペレットは、ローラスクリーンを使用することによって得られる。ペレットは、次いで、硬化装置の中に連続的に置かれる。硬化装置の内部で、ペレットは水和され、約１００−３００℃の温度範囲の、二酸化炭素を含む高温ガスを使用することによって炭酸塩化されることになる。その後、乾燥後に、乾燥されたペレットは硬化装置から排出され、使用可能な状態になる。

この発明は先行技術に比べて以下の利点を提供する。
（１） すべての種類の既存の製鋼炉および関連する確立した技術が利用されることができ、高い投資コストを要する再建築が不要である。

（２） この発明が使用する新しいペレットの製造コストは、予備還元されるペレットおよび焼成されるペレットの製造コストよりもはるかに低く、連続的な工業生産が達成されることができ、汚染物質が排出されることはない。

（３） 異なる鉄鉱石に対する高い柔軟性が達成され得る。なぜなら、すべての種類の濃縮物微粉および低コストのヘマタイト微粉が使用されることができ、たとえばリンツ−ドナウィッツ（Linz-Donawitz）（「ＬＤ」）製鋼スラリなどの、鉄鋼産業からの鉄を含む煤塵も部分的に加えられることができるからである。

（４） より低いエネルギ消費、および
（５） 新しいペレットがＬＤまたはＥＡＦ炉のために使用されることができ、これは製鋼コストを２０％程度低減することができる。

好ましい実施形態の説明
自己還元する低温結合ペレットは、鉄鉱石濃縮物、炭質還元剤、および結合剤として特別な要件を有する細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを含む。鉄鉱石濃縮物は、たとえば製鋼スラッジ、圧延スケール、溶鉱炉煤塵などの、他の鉄を含む材料から構
成され得る。鉄鉱石濃縮物の大部分は約２００メッシュ以下であるべきであり、好ましくは約２００メッシュから３２５メッシュの間であるべきであり、さもなければ、ペレットの強度を減少させることになる。鉄鉱石濃縮物の鉄の含有量は通常約６０％以上であるべきであり、それは、さらに、鉄鉱石の微粉と混合される混合物であり得る。ペレットに含まれる鉄鉱石濃縮物の量は、その鉄の含有量、ならびに還元剤および結合剤の量に依存し、通常は約６０−７９重量％の間である。

炭質還元剤は典型的には石炭粉である。炭質還元剤は粉コークス、無煙炭、またはその混合物から構成され得る。これらの炭質材料に含まれる固定炭素の量は通常、約７０％以上であり、高ければ高いほどよい。石炭粉の粒子の約９５％以上は約０．３ｍｍより小さな大きさであるべきであり、言い換えると、石炭粉の粒子は約４８メッシュ以下である必要があり、通常は製鉄の場合には約６０メッシュ、製鋼の場合には約２００メッシュである必要がある。ペレットに含まれる石炭の含有量は、ペレットに含まれる酸化鉄の量および石炭の固定炭素の含有量に依存し、石炭の含有量は少なくとも、ペレットに含まれる酸化鉄全体から鉄の含有量の９０重量％が還元されるような値であるべきであり、さもなければ、ペレットの熱強さを減少させることになる。ペレットに含まれる石炭の値を計算するときに、熱平衡も考慮されるべきである。通常、石炭の含有量は約１０−２６重量％の範囲である。

結合剤は、結合剤によってペレットが高い初期強度、水和および炭酸塩化の優れた品質を有することになるように特別な要件を有する細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカであり、その結果、ペレットは反応装置での硬化の後、高強度および自己還元特性を有することになる。セメントクリンカに含まれるケイ酸二カルシウムの水和速度は、ポートランドセメントクリンカに含まれるケイ酸三カルシウム、アルミン酸三カルシウム、および褐色針ニッケル鉱と比較して、最も遅いことは公知である。ケイ酸二カルシウムはペレットの強度に大きく影響を与えることになるので、その含有量は約２０重量％未満、よりよくは約８重量％未満の程度まで削減されなければならない。セメントクリンカの他の要件は以下のとおりである。

（１） セメントクリンカに含まれるケイ酸三カルシウムの含有量は、約５０重量％以上であるべきであり、最適な含有量は約５６重量％であり、高ければ高いほどよい。

（２） ケイ酸三カルシウムおよびアルミン酸三カルシウムの容量の比率は、約５：１から１０：１であるべきである。

（３） セメントクリンカは、約０．０８ｍｍ未満の大きさの粒度の部分の容量が約９０％以上になるように、細かく粉砕されるべきである。

（４） 遊離酸化カルシウム（ｆ−ＣａＯ）の含有量は、約３重量％未満であるべきである。

結合剤が約１０％未満である場合には、ペレットは低い圧縮強度を有することになるが、結合剤が約２０％以上である場合には、ペレットが、利用するのに比較的高価なものになる。通常は、ペレットの結合剤の含有量は約１０−２０重量％である。

いくつかの場合には、約０−３重量％の範囲の添加剤がペレットに加えられてもよい。添加剤は、ドロマイト、石灰石、石灰、消石灰、ベントナイト、塩化カルシウム、ならびに塩基性度、スラグの特性、およびペレットの強度を調整し得る任意の他の材料から構成され得る。粒度は約４８メッシュ以下であるべきである。

ペレットの成分は、総重量を１００％として、約６０−７９重量％の鉄鉱石濃縮物、約１０−２６重量％の炭質還元剤、および約１０−２０重量％の、結合剤として特別な要件を有する細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカである。

上述の材料の予め定められた重量の割合に従って混合される等方性混合物は、ペレットを製造するために作られる。混合物は、たとえばボーリングディスクまたは回転ドラムなどのペレット形成装置の中に置かれて、十分な水を加えることによってペレットを形成する。その後、ペレットは空気中で自然に硬化され得るか、または以下に記載される工業的な硬化プロセスによって硬化され得る。

ペレット化の後、ペレットはたとえばローラスクリーンによって濾過されるなど選別されることになる。この理由は、望ましくないより小さなペレットまたはより大きなペレットを分離し、遊離した粉末がペレットに付着することを排除するか、または遊離した粉末をペレットによりしっかりと接着するためである。ペレット上の遊離した粉末を排除または溶融する目的は、ペレットが反応装置を通り抜けるときに、遊離した粉末に起因して互いに付着するのを防ぐためである。余分な遊離した粉末、およびより小さなペレットまたはより大きなペレットは、次いで、再びペレット化されるように再利用され得る。グリーンペレットに含まれる水は通常、約８−１２重量％の範囲になる。

図１を参照して、ペレットはペレットの水和、炭酸塩化、および乾燥のために反応装置の上部注入口１２から反応装置１０の中に連続的に置かれることになる。反応装置１０は、その上部に注入口１２を有し、その底部に排出口１４を有する単一の垂直型タンクであり、タンクの内部は上部部分１６および下部部分１８にそれぞれ体系的に分割され、硬化ガスは反応装置１０の下部部分１８の中に導入され、タンクの下部部分１８および上部部分１６内でそれぞれペレットと接触した後、タンクの注入口１２から排出される。反応装置１０は、もちろん、所望であれば、複数の注入口および排出口を有してもよい。硬化ガスはほとんどの場合、約１００−３００℃の範囲の温度で、約１０容量％以上の二酸化炭素を含み、たとえば熱風炉乾燥炉などの工業用乾燥炉から来る排ガスである。

ペレットは、反応装置１０の上部部分１６および下部部分１８をそれぞれ順に、連続的に通り抜けることになる。ペレットは、上部部分１６内を下に進みながら、ゆっくりと加熱され、下部部分１８から来る、二酸化炭素を含む硬化ガスによって、および下にあるペレットから蒸発する蒸気によって硬化される。ペレットは、反応装置１０の下部部分１８内を下に進みながら、加熱され、約１００−３００℃の範囲の温度の、二酸化炭素を含む硬化ガスによって硬化され、下にあるペレットから蒸発する蒸気によっても硬化されることになる。ペレットは、反応装置１０の注入口１２から排出口１４まで進む間に、主に水和、水和および炭酸塩化、主に炭酸塩化、ならびに乾燥によって順に、連続的に硬化されることになる。そして、ペレットは十分に水和され、炭酸塩化され、乾燥されることになる。

ペレットは、一旦反応装置１０から排出されると、利用可能な状態になっている。ペレットが反応装置１０の注入口１２に入ってから完成して反応装置１０の排出口１４から出るまでの時間は、約２４−９６時間である。本発明では、結合剤の迅速な凝結特性のために、他の発明において使用される硬化プロセスの予備乾燥シーケンスは必要でない。その結果、これはペレット化プロセスの間に生じたペレットの水不均一性を減少させることになり、したがって水和および炭酸塩化が均一であることを保証することになる。

ペレットは、さらに、直射日光下に置かれることなく、約２０℃以上の温度で約１４−２８日間、空気中で自然に硬化されてもよい。これらのペレットは、通常約２５−５０ｋｇｆ／ペレットの範囲の低温圧縮強度を有することになる。これらのペレットは、たとえ
ば回転炉床炉におけるＤＲＩ製造などの、より低いペレット強度を必要とする製造のために使用され得るであろう。

既存の技術と比較して、これらの低温結合ペレットおよびその製造方法は以下の特性を有する。

１） ペレットは十分な低温圧縮強度を有する。二酸化炭素を含む高温ガスを用いるプロセスによって９６時間硬化されたペレットは、通常約７８−２００ｋｇｆ／ペレットの範囲の低温圧縮強度を有することになり、これは運搬および貯蔵に好適である。

２） ペレットはより高い熱強さを有することになり、加熱および還元の間にひびが入ること、または粉末化することはなく、ペレットが溶融するまでその固体の形状を保つ。軟化開始温度は１０００℃より高く、これは調整され得る。

３） ペレットは以下のとおりの迅速な還元速度を有することになる。
ａ） ９００℃の環境温度で３時間で、還元度合は９０％以上に達し得る。

ｂ） １２００℃の環境温度で３０分間で、大半の鉄鉱石が還元され得る。
４） 石炭または粉コークスを含むペレットは溶鉱炉装入物として完全に焼結品の代わりになることができ、コークス対金属の比率を最大で約２８０ｋｇｆ／ｔだけ大幅に低減する。ペレットは、非噴射空気炉における製鉄のための装入物およびＤＲＩ製造のための装入物としても使用され得る。

５） ペレットは直接製鋼のための装入物として使用されることができ、製造コストを大幅に低減する。

６） ペレットは粉末化されることなく長期間（１０年以上）貯蔵され得る。
７） 同様の規模の場合、必要になる投資が比較的少なく、焼結品の投資のわずか１／２以下である。

８） すべての種類の酸化鉄鉱石、製鋼スラッジ、および酸化鉄材料を含む圧延スケールがペレットにおいて利用されることができ、これは原材料コストを低減することになる。

９） ペレットの強度および製錬特性は、異なる製錬要件に従って調整されることができる。

ペレットはその元の構造を保ち、ペレットの元の構造はペレットが予備加熱環境および製鋼炉において高温時にひびが入ることおよび粉末化することを防ぐことになる。高品質の結合剤、最適な設計、および特別な創造的製造プロセスを使用することによって、室温および高温の両方で高強度を有する自己還元する低温結合ペレットが製造され得る。スラグと液状鉄との分離の前に、ペレットが高温に加熱されるとき、ペレットはその元の形状を保持することになる。

製鋼のために特別に設計されたペレットは理にかなった内部炭素含有量を有する。還元反応に関係することになるすべての材料（鉄鉱石、石炭粉、および結合剤）は慎重に粉砕され、均一に混合されることになる。比表面積は２５００ｃｍ²／ｇに達し得る。すべてのこれらの特性は、還元反応のための非常に優れた動的な反応条件をもたらすことになる。

ペレットが溶鋼に注ぎ込まれるとき、高温のために、ペレット内の炭素は完全に気化する。分子は非常に活発に動き、還元率は非常に高い。したがって、これらの種類のペレットにおける鉄鉱石の還元は、高温での予備加熱の後わずか３分で終了されることができ、次いで、ペレットは溶融されることになる。

要約すると、自己還元する低温結合ペレットは、使用される融和性の材料およびペレットを製造するプロセス全体のために、製錬プロセスのほとんどの形態の要件を満たすことができる。

以下の非限定的な例はこの発明を例示する。
＜実施例１＞
鉄鉱石濃縮物を６７重量％、無煙炭を２０重量％、および結合剤を１３重量％含む混合物を生成した後、その混合物はボーリングディスクの中に置かれ、水がその混合物に加えられて、約９％から１１％の含水量のボールペレットを製造する。その後、ペレットはローラスクリーンを用いて選別されて、８−１６ｍｍの大きさのペレットを製造し、次いで、ペレットは、１５０℃の温度で、二酸化炭素を約２５容量％含む熱風乾燥炉ガスを用いて、約９６時間この発明のプロセスによって硬化される。乾燥したペレットの主な化学的組成は重量で以下のとおりである。

低温圧縮強度は８０ｋｇｆ／ペレットである。軟化開始温度は９７０℃である。ペレットは、より小型の溶鉱炉およびＤＲＩ炉または他の適用例において、製鉄のための装入物として使用され得る。

＜実施例２＞
例１と同様のプロセスを使用するが、混合物の成分を、鉄鉱石濃縮物を７５重量％、粉コークスを１３重量％、および結合剤を１２重量％に変更し、ペレットの強度は例１と比較すると増加されることになる。硬化されたペレットの主な化学的組成は重量で以下のとおりである。

低温圧縮強度は約１００ｋｇｆ／ペレットであり、軟化開始温度は１０００℃以上である。ペレットは、焼結品の代わりに大型の溶鉱炉における製鉄のための装入物として使用されることができ、コークスの消費を銑鉄１トン当り２３８ｋｇだけ減少させることになる。

ペレットの主な化学的組成のさらなる例は重量で以下のとおりである。

本発明の原理、好ましい実施形態、および動作モードが前述の記載の中で説明されてきた。しかしながら、保護されるように意図される本発明は、開示される特定の実施形態に限定されるように解釈されるべきではない。実施形態は限定的ではなく、例示的であるように解釈されるべきである。本発明の精神から逸脱することなく、変形および変更が当業者によってなされ得る。したがって、本発明の精神および範囲に含まれる、特許請求の範囲に規定される、すべてのこのような変形および変更は、その結果、包含されるように明白に意図される。

本発明の装置の１つの実施形態を例示する概略図である。

Claims (32)

1. 酸化鉄を含む材料を約６０−７９重量％含む自己還元する低温結合ペレットであって、前記材料の主な部分は約２００メッシュ以下であり、前記自己還元する低温結合ペレットは、さらに、粒度が約４８メッシュ以下である炭質還元剤を約１０−２６重量％、および細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを結合剤として約１０−２０重量％含み、前記セメントクリンカの粒子の総容量の約９０％以上は０．０８ｍｍ未満の大きさであって、前記セメントクリンカに含まれるケイ酸二カルシウムの部分は約２０重量％未満であって、前記酸化鉄を含む材料、炭質還元剤、およびセメントクリンカの総重量は１００％である、自己還元する低温結合ペレット。
2. 前記酸化鉄を含む材料は、鉄の含有量が少なくとも約６０重量％の鉄鉱石濃縮物である、請求項１に記載のペレット。
3. 前記ペレットは、さらに、前記鉄鉱石濃縮物と混合される鉄鉱石の微粉、製鋼煤塵、溶鉱炉煤塵、圧延スケール、またはこれらの混合物を含む、請求項２に記載のペレット。
4. 前記炭質還元剤は粉コークス、非粘結炭、木炭、グラファイト、またはこれらの混合物である、請求項１に記載のペレット。
5. 前記セメントクリンカは約５０重量％以上のケイ酸三カルシウムを含む、請求項１に記載のペレット。
6. 前記セメントクリンカは約５：１から１０：１の比率でケイ酸三カルシウムおよびアルミン酸三カルシウムを含む、請求項４に記載のペレット。
7. 前記セメントクリンカの遊離酸化カルシウムの含有量は約３重量％未満である、請求項４に記載のペレット。
8. 前記ペレットは、直射日光の中に置かれることなく、約２０℃以上の温度で約１４−２８日間、空気中で硬化される、請求項１に記載のペレット。
9. 前記ペレットの大きさは約８−１６ｍｍの範囲である、請求項１に記載のペレット。
10. 前記ペレットは、約１００−３００℃の範囲の温度で、二酸化炭素の含有量が約１０容量％以上の硬化ガスを用いて硬化される、請求項１に記載のペレット。
11. 前記ペレットは約２４−９６時間硬化される、請求項１０に記載のペレット。
12. 前記ペレットは、さらに、前記ペレットの塩基性度を調整するための添加剤を含む、請求項１に記載のペレット。
13. 前記酸化鉄を含む材料、前記炭質還元剤、および前記細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを混合することと、前記混合物および水をペレット形成装置の中に置くことと、前記ペレットを選別して、約８−１６ｍｍの範囲の予め定められた大きさを有し、かつ約８−１２重量％の水を含むペレットを生成することと、前記選別されたペレットを反応装置の中に置いて、約１００−３００℃の範囲の温度で、二酸化炭素を含む硬化ガスを用いて、前記選別されたペレットを硬化することとを含む、請求項１に記載のペレットを製造するためのプロセス。
14. 前記反応装置は、その上部に注入口を有し、その底部に排出口を有する垂直型タンクであって、前記タンクの内部は上部部分および下部部分に分割され、前記硬化ガスは前記下部部分の中に導入され、前記下部部分および上部部分内でペレットと接触した後、前記タンクの前記注入口から排出され、前記選別されたペレットは前記注入口から前記反応装置に入った後、前記反応装置の前記上部部分および下部部分を通って順に連続的に下に進み、前記選別されたペレットは、前記ペレットが前記反応装置の前記排出口から排出される前に、水和、炭酸塩化、および乾燥によって前記反応装置において硬化される、請求項１３に記載のプロセス。
15. 前記反応装置は単一の垂直型タンクである、請求項１４に記載のプロセス。
16. 前記水和、炭酸塩化、および乾燥のための、前記ペレットの前記硬化時間は約２４−９６時間である、請求項１４に記載のプロセス。
17. 前記硬化ガスにおける前記二酸化炭素の含有量は約１０容量パーセント以上である、請求項１３に記載のプロセス。
18. 前記硬化ガスは、熱風乾燥炉、発電所、または圧延機もしくは工業用乾燥炉を有する加熱炉から得られる排ガスである、請求項１３に記載のプロセス。
19. 前記ペレット形成装置はボールディスクまたは回転ドラムであって、前記ペレットはローラスクリーンによって選別される、請求項１５に記載のプロセス。
20. 前記混合物は、さらに、前記ペレットの塩基性度を調整するための添加剤を含む、請求項１３に記載のプロセス。
21. 鉄の含有量が少なくとも約６０重量％である鉄鉱石濃縮物を約６０−７９重量％含む自己還元する低温結合ペレットであって、前記鉄鉱石濃縮物の主な部分は約２００メッシュから３２５メッシュの間であって、前記自己還元する低温結合ペレットは、さらに、粒度が約４８メッシュ以下である炭質還元剤を約１０−２６重量％、および細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを結合剤として約１０−２０重量％含み、前記セメントクリンカの粒子の総容量の約９０％以上は０．０８ｍｍ未満の大きさであって、前記セメントクリンカに含まれるケイ酸二カルシウムの部分は約２０重量％未満であって、前記セメントクリンカはケイ酸三カルシウムを約５０重量％以上含み、前記セメントクリンカは約５：１から１０：１の比率でケイ酸三カルシウムおよびアルミン酸三カルシウムを含み、前記セメントクリンカの遊離酸化カルシウムの含有量は約３重量％未満であって、鉄鉱石濃縮物、炭質還元剤、およびセメントクリンカの総重量は１００％であって、ペレットの大きさは約８−１６ｍｍの範囲である、自己還元する低温結合ペレット。
22. 前記ペレットは、さらに、前記鉄鉱石濃縮物と混合される鉄鉱石の微粉、製鋼煤塵、溶鉱炉煤塵、圧延スケール、またはこれらの混合物を含む、請求項２１に記載のペレット。
23. 前記炭質還元剤は、粉コークス、非粘結炭、木炭、グラファイト、またはこれらの混合物である、請求項２１に記載のペレット。
24. 前記ペレットは、直射日光の中に置かれることなく、約２０℃以上の温度で約１４−２８日間、空気中で硬化される、請求項２１に記載のペレット。
25. 前記ペレットは、約１００−３００℃の範囲の温度で、二酸化炭素の含有量が約１０容量％以上の硬化ガスを用いて硬化される、請求項２１に記載のペレット。
26. 前記ペレットは約２４−９６時間硬化される、請求項２５に記載のペレット。
27. 前記ペレットは、さらに、前記ペレットの塩基性度を調整するための添加剤を含む、請求項２１に記載のペレット。
28. 前記ペレットは硬化され、約７８−２００ｋｇｆ／ペレットの低温圧縮強度を有する、請求項２１に記載のペレット。
29. 前記ペレットは硬化され、約１，０００℃より大きな熱強さを有する、請求項２１に記載のペレット。
30. 鉄の含有量が少なくとも約６０重量％である鉄鉱石濃縮物を約６０−７９重量％含む自己還元する低温結合ペレットであって、前記鉄鉱石濃縮物の主な部分は約２００メッシュから３２５メッシュの間であって、前記自己還元する低温結合ペレットは、さらに、粒度が約４８メッシュ以下である炭質還元剤を約１０−２６重量％、および細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを結合剤として約１０−２０重量％含み、前記セメントクリンカの粒子の総容量の約９０％以上は０．０８ｍｍ未満の大きさであって、前記セメントクリンカに含まれるケイ酸二カルシウムの部分は約２０重量％未満であって、前記セメントクリンカはケイ酸三カルシウムを約５０重量％以上含み、前記セメントクリンカは約５：１から１０：１の比率でケイ酸三カルシウムおよびアルミン酸三カルシウムを含み、前記セメントクリンカの遊離酸化カルシウムの含有量は約３重量％未満であって、鉄鉱石濃縮物、炭質還元剤、およびセメントクリンカの総重量は１００％であって、ペレットの大きさは約８−１６ｍｍの範囲であって、前記ペレットは約１００−３００℃の範囲の温度で、二酸化炭素の含有量が約１０容量％以上の硬化ガスを用いて硬化され、約７８−２００ｋｇｆ／ペレットの低温圧縮強度を有する、自己還元する低温結合ペレット。
31. 前記ペレットは約１，０００℃より大きな熱強さを有する、請求項３０に記載のペレット。
32. 前記鉄鉱石濃縮物、前記炭質還元剤、および前記細かく粉砕されたポートランドセメントクリンカを混合することと、前記混合物および水をボーリングディスクまたは回転ドラムの中に置いて、ボールペレットを形成することと、ローラスクリーンによって前記ボールペレットを選別して、約８−１６ｍｍの範囲の予め定められた大きさを有し、かつ約８−１２重量％の水を含むペレットを生成することと、前記選別されたペレットを反応装置の中に置いて、約１００−３００℃の範囲の前記温度で、二酸化炭素を含む前記硬化ガスを用いて、前記選別されたペレットを硬化することとを含み、前記反応装置はその上部に注入口を有し、その底部に排出口を有する垂直型タンクであって、前記タンクの内部は上部部分および下部部分に分割され、前記硬化ガスは前記下部部分の中に導入され、前記下部部分および上部部分内でペレットと接触した後、前記タンクの前記注入口から排出され、前記選別されたペレットは前記注入口から前記反応装置に入った後、前記反応装置の前記上部部分および下部部分を通って順に連続的に下に進み、前記選別されたペレットは、前記ペレットが前記反応装置の前記排出口から排出される前に、水和、炭酸塩化、および乾燥によって前記反応装置において硬化される、請求項３１に記載のペレットを製造するためのプロセス。

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