JP2015518922A - 鉄鉱石ペレットの被還元性を向上する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ｉ）金属Ｎｉ粉末を含有する原料混合物を調製する工程と、ｉｉ）得られた前記混合物をペレット化する工程と、ｉｉｉ）前記生ペレットを燃焼する工程と、ｉｖ）前記燃焼ペレットを還元条件下でＣＨ４の存在下にて還元する工程とを含む鉄鉱石ペレットの被還元性を向上する新しい方法を開示する。

Description

関連出願の参照

本願は、発明の名称が「鉱石ペレットの被還元性の向上する方法」である２０１２年５月２３日に出願の米国特許出願第６１／６５０，９０５号から優先権を主張し、該出願は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。

本発明は、金属Ｆｅおよび／またはＮｉを加えることによって生じる触媒効果による鉱石ペレットの被還元性を向上する方法に関するものである。

被還元性は、従来からの１次鉄生産方法（高炉および直接還元）における金属負荷の性能の決定要因である。

被還元性は、温度増加の影響を強く受け、金属負荷が固体状態にある間に還元される直接還元反応装置にとってはさらに一層重要な性質である。直接還元反応装置では、到達最大温度が鉄の融点より低く、つまり液相が形成される高炉に存在するものより低い。

これらの方法を意図した鉄鉱石ペレットの被還元性は、基本的に酸化鉄粒子の特徴ならびにペレットのスラグ相および粒間空隙に依存する。鉱石および添加物の固有の特徴、ならびにペレットの化学組成および燃焼条件は、この凝集物の物理特性および冶金特性にとって重要な要素である。

直接還元反応装置においてバスケット試験（basket tests）後にペレットを観察することによって、バスケットの材料（ステンレス鋼）と接触するペレットは、還元度が増加することが認められ、それにより被還元性に対する金属Ｆｅおよび／またはＮｉの触媒効果が示唆されている。

文献では、鉄鉱石凝集物の被還元性の添加の効果に関連した研究の大部分が酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムの使用に言及し、他の材料を使用して還元を促進することに関してはほとんど情報がない。

KhalafallaおよびWeston[1]は、ＣＯ雰囲気における温度１０００℃でのアルカリ金属およびアルカリ土類金属のＦｅＯ還元への効果を研究し、低濃度の約０．７％のこれらの金属が、Ｆｅに関して高原子線で格子間イオンによって結晶性網目構造（crystalline reticulate）に生成された乱れに起因してＦｅＯの被還元性を向上することを認めた。添加物の量との被還元性比率は線形ではなく、その被還元性は最大まで増加して、その後減少した。最大点は、添加物の特質ならびに物理的および化学的性質に依存し、添加の被還元性への効果は、添加物の原子線および電気負荷に直接的に比例した。Ｎｉ原子線はＦｅと同じ大きさであり、よってもし効果が生じたとしても、この置換メカニズムによるものではないであろう。

ChinjeおよびJueffes[2]は、純酸化鉄の還元における３価の金属酸化物の効果、より具体的にはＣｒおよびＡｌの効果を、１８％ＣＯ／８２％ＣＯ２を含む雰囲気下で９６０℃にて評価し、Ｃｒが１．６〜５％の添加でＦｅ酸化物の還元にプラスの効果を持ち、その濃度が増加するにつれてこの効果が増加すると結論付けた。この効果を説明するのに立てられた仮説は、Ｃｒが酸化物の表面でのＣＯ吸収過程の触媒として作用するというものであり、それはＮｉなどの遷移金属の特徴である。

El-Geassyら［３］は、ＮｉＯを１から１０％に変えてドープすることの、純酸化鉄の動態および還元メカニズムへの効果を、Ｈ_２雰囲気、９００〜１１００℃の温度で調べ、その添加が還元にプラスで顕著な効果を及ぼすことに言及している。被還元性は、全温度範囲でその過程の初期段階および最終段階で増加し、この増加は、ニッケルフェライト（ＮｉＦｅ_２０_４）の形成および焼結材料の多孔性の増加に帰せられている。

上記観察結果に照らして、本発明は、金属Ｆｅおよび／またはＮｉの添加によって生じる効果による、鉱石ペレットの被還元性を向上する有益かつ効果的な方法を記載する。

より具体的に、本発明は、以下の工程を含む鉱石ペレットの被還元性を向上する有益で効果的な方法を記載する。
ａ）原料混合物を調製する工程であって、前記混合物が、
ｉ．任意の種類の鉄鉱石粉、
ｉｉ．混合物の合計質量に対して０．４〜０．７％のベントナイトを加えること、
ｉｉｉ．混合物の合計質量に対して１．００〜５．００％の石灰岩を加えること、
ｉｖ．混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＮｉを任意の源から加えること、
ｖ．混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＦｅを加えることを含む工程と、
ｂ）工程ａ）の終わりに得られた混合物を水を加えてペレット化ディスクでペレット化し、乾燥する工程と、
ｃ）工程ａ）から得られた生ペレットを炉において酸化下で１０００℃〜１４００℃の範囲内の温度にて燃焼する工程と、
ｄ）工程ｃ）から得られた燃焼ペレットを還元条件下でＣＨ_４の存在下にて還元する工程。

本発明の第１の態様は、金属Ｎｉ含有物の還元ペレット金属化度への顕著なプラス効果に言及する。

本発明の第２の態様は、金属Ｆｅ単独の添加は、ペレットの金属化度に顕著な効果をもたらさなかったことに係わる。

本発明の第３の態様は、金属ＦｅとＮｉの同時添加は、相加的な性質を示していることに関し、そのペレット金属化度の効果は、個々の要素の効果のおおよそ平均である。

本発明のこれらの態様のさらなる利点および新規の特徴を、一部には以下の記載において説明し、一部には以下を検討することまたは本発明を実行して学ぶことで当業者にさらに明らかになるであろう。

以下の図面を参照して、系および方法のさまざまな例示的な態様を詳細に説明することになるが、それらに限定されるものではない。
図１は、軟化炉および溶融炉におけるＮｉおよびＮｉとＦｅの混合物の燃焼の燃焼温度、全生産ガス温度、およびＤｐのプロフィールを図示するグラフである。 図２は、金属％Ｆｅおよび％Ｎｉならびにその相互作用の効果に関するグラフである。 図３は、鉄鉱石ペレットのＧＭへのＮｉ添加の効果を図示するグラフである。

以下の詳細な説明は、決して本発明の範囲、利用可能性、または構成を限定することを意図しない。より厳密に、以下の説明は、例示的な様式（modalities）を実施するのに必要な理解を提供する。本明細書において与えられる教示を用いる場合、当業者は本発明の範囲を推定することなく使用できる好適な代替手段を理解するであろう。

本発明によれば、鉄鉱石の被還元性を向上する有益で効果的な方法が記載される。より具体的に、前記鉱石ペレットは、鉄鉱石、方解石石灰岩、ベントナイト、ならびに金属ＮｉおよびＦｅ粉末を含む原料の混合物にあり、その原料の基礎化学組成を下表１に示す。

さらに、０．０４４ｍｍ未満の上記材料の粒群を下表２に示す。

本発明の好ましい実施形態では、０．０４４ｍｍ未満の粒群を有する鉄鉱石の％割合は９１．２％である。

本発明の別の好ましい実施形態では、０．０４４ｍｍ未満の粒群を有するベントナイトの％割合は７４．４％である。

本発明の別の好ましい実施形態では、０．０４４ｍｍ未満の粒群を有する方解石石灰岩の％割合は７５．８％である。

本発明の別の好ましい実施形態では、０．０４４ｍｍ未満の粒群を有する金属Ｎｉ粉末の％割合は９１．０％である。

本発明の別の好ましい実施形態では、０．０４４ｍｍ未満の粒群を有する金属Ｆｅ粉末の％割合は９１．０％である。

本発明は、以下の工程を含む鉱石ペレットの被還元性を向上する有益で効果的な方法を記載する。
ａ）原料混合物を調製する工程であって、前記混合物が、
ｉ．任意の種類の鉄鉱石粉、
ｉｉ．混合物の合計質量に対して０．４〜０．７％のベントナイトを加えること、
ｉｉｉ．混合物の合計質量に対して１．００〜５．００％の石灰岩を加えること、
ｉｖ．混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＮｉを任意の源から加えること、
ｖ．混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＦｅを加えることを含む工程と、
ｂ）工程ａ）の終わりに得られた混合物を水を加えてペレット化ディスクでペレット化し、１１００℃で２時間、窯で乾燥する工程と、
ｃ）工程ｂ）から得られた生ペレットを縦型炉ＲＵＬにおいて１０００℃〜１４００℃の範囲内の温度で燃焼する工程と、
ｄ）工程ｃ）から得られた燃焼ペレットをＩＳＯ１１２５７試験条件下で還元する工程。

第１の好ましい実施形態では、原料混合物の最終組成物は以下を含む。

本発明の第２の好ましい実施形態では、工程ｂ）の終わりに得られた乾燥生ペレットは、５〜１８ｍｍの粒径範囲を有する。より好ましくは、工程ｂ）の終わりに得られた乾燥生ペレットは、１０〜１２．５ｍｍの粒径範囲を有する。

第３の好ましい実施形態では、工程ｂ）から得られた生ペレットは、縦型炉ＲＵＬにおいて１０００℃〜１４００℃の範囲内の温度下で燃焼される。より好ましくは、工程ｂ）から得られた生ペレットは、縦型炉ＲＵＬにおいて１０００〜１１００℃の範囲内の温度下で燃焼される。

還元工程ｄ）は、工程ｃ）から得られた燃焼ペレットをＩＳＯ１１２５７パターン還元条件にかけることからなる。

本発明の利点の１つは、鉄鉱石の被還元性を向上するために金属Ｎｉ粉末を加えることに存する。

参考文献

1. S.E. Khafalla and P.L. Weston, Jr.; Promoters for Carbon Monoxide Reduction of Wustite; Transactions of Metallurgical Society of AIME; pgs. 1484 a 1499, Vol. 239; October 1967.
2. U.F. Chinje e J.H.E. Jueffes; Effects of chemical composition of iron oxides on their rates of reduction: Part 1 Effect of trivalent metal oxides on reduction of hematite to lower iron oxides; Iromaking and Steelmaking; Pgs. 90 a 95; Vol. 16; No 2, 1989.
3. El-Geassy et al. Effect of nickel oxide dopping on the kinetics and mechanism of iron oxide reduction; ISIJ International; pgs. 1043 a 1049; Vol. 35; No9, 1995.

Claims (3)

1. 鉄鉱石ペレットの被還元性を向上する方法であって、
   ａ）原料混合物を調製する工程であって、前記混合物が、
   ｉ．任意の種類の鉄鉱石粉、
   ｉｉ．該混合物の合計質量に対して０．４〜０．７％のベントナイトを加えること、
   ｉｉｉ．該混合物の合計質量に対して１．００〜５．００％の石灰岩を加えること、
   ｉｖ．該混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＮｉを任意の源から加えること、
   ｖ．該混合物の合計質量に対して０．０２５〜０．１００％のＦｅを加えることを含む工程と、
   ｂ）工程ａ）の終わりに得られた前記混合物を水を加えてペレット化ディスクでペレット化し、乾燥する工程と、
   ｃ）工程ｂ）から得られた生ペレットを炉において酸化条件下で１０００℃〜１４００℃の範囲内の温度にて燃焼する工程と、
   ｄ）工程ｃ）から得られた燃焼ペレットを還元条件下でＣＨ_４の存在下にて還元する工程とを含む、方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記原料混合物の最終組成物が、
   を含む方法。
3. 工程ｂ）から得られた生ペレットを、縦型炉ＲＵＬ中で１０００〜１１００℃の範囲内の温度下で燃焼する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。