JP2023523173A

JP2023523173A - 焼結プラントへの原料供給方法

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Publication number: JP2023523173A
Application number: JP2022561673A
Authority: JP
Inventors: ペーターキンゼル、クラウス; フレータス、トンプソン; ジェラルドアラウホ、ホセ; フルートスサンタマリア、フアンルイスデ; ストリューバー、ゲオルク
Original assignee: Paul Wurth SA
Current assignee: Paul Wurth SA
Priority date: 2020-04-24
Filing date: 2021-04-21
Publication date: 2023-06-02
Also published as: CN115768908A; KR20230007426A; BR112022020832A2; WO2021214167A1; TW202208638A; LU101759B1; US20230257849A1; EP4139494A1

Abstract

本発明は、焼結プラント（２０）に原料を供給する方法に関する。本発明は、化石燃料の消費を低減した状態で焼結処理を容易にするために、混合材料（７，８）を使用して原料を供給し、ここでは、混合材料（７，８）は、粒状鉄含有材料（１）と熱分解された粒状バイオマス（２）とを混合形態で含み、鉄含有材料（１）は鉄鉱石（１）であることが好ましく、熱分解されたバイオマス（２）は木炭（２）であることが好ましいものである。【選択図】図１

Description

本発明は、焼結プラントに原料を供給する方法に関する。

各種の鉄含有原料は、高炉、直接還元及び／又は電気炉等への装入に用いることができる。１つの選択は鉄鉱石ペレット、即ち典型的には直径６～１６ｍｍの球体であり、主にＦｅ_２Ｏ_３の形で約６３～７２％のＦｅ及び化学組成及び冶金学的特性を調整するための様々な追加材料を含む鉄鉱石ペレットである。ペレットの結合（cohesion）を維持するためにベントナイト等のバインダーも含まれている。一般に、ペレット化プラントでのペレットの製造には、鉱石、添加物及び固形燃料、即ち無煙炭、石油コークスを摺り潰すこと（grinding）が含まれる。原料を混合した後にペレットが形成され、かつ例えばキルン中でのいわゆる焼結処理である熱処理を行う。ペレットは、標準化された材料であり、化学的に安定で大きなロスを生じることなく輸送することができ、かつ圧し潰し（crushing）等の予備処理なしに高炉で使用することができる。別の選択は焼結製品であり、これは、微粉材料（粒サイズ０～５ｍｍの粉末）を焼結しかつ焼結バルク材料を解体又は圧し潰しで製造される不規則で多孔質の材料の塊（lumps）から成っている。焼結製品の結合は焼結工程自体でもたらされるため、専用のバインダーを含んでいなくてもよい。鉄含有微粉の焼結は、１０００～１３００℃前後の高温、時には１５００℃に達する温度でしか行い得ないこともある、そのため、焼結プラントは鉄含有材料と混合された多量の固形燃料を必要とする。
焼結工程に用いる焼結混合物（sinter mixture）は、例えば、鉄鉱石の微粉（fines）、フラックス（fluxes）、固形燃料及び焼結プラント自体や高炉等からの再生微粉（recycled fines）を含み得る。現在、焼結製品は高炉にとって最も安価な鉄含有装入物である。それは原料の調製がペレットに対するよりも簡単であるため、ペレットよりも一般的に安価である。しかしながら、鉄鋼業界に課せられたＣＯ_２排出削減要件からすると、焼結法はペレット製造よりもはるかに多量のＣＯ_２排出を生む欠点がある。これは、焼結処理のための高温を維持するために必要な固形燃料（粉コークスや無煙炭など）及びガス燃料（製鋼ガスなど）に理由がある。

従って、本発明の目的は、化石燃料の消費量を低減した焼結処理を容易にすることである。この目的は、請求項１による方法によって解決される。

本発明は、焼結プラントに原料を供給する方法を提供する。原料は、供給材料（feed material）又は供給原料（feedstock）、即ち焼結処理のための焼結プラントでの供給／使用材料、と呼ぶこともできる。焼結プラントのタイプは、本発明の範囲で限定されない。とくに、焼結プラントは焼結プラントとして又はペレット化プラントとして構成され得る。焼結製品、即ち各焼結プラントの焼結製品又はペレットは、通常、高炉等に装入するための鉄系負荷材料（ferrous burden material）として意図したものである。

本発明の方法によれば、混合材料は、鉄系負荷材料を供給するために使用され、この場合、混合材料は、粒状鉄含有材料、一般に鉄鉱石、及び熱分解された粒状バイオマス（pyrolised biomass）を混合形態で含んでいる。換言すれば、混合材料は、焼結処理に使用される少なくとも一部の材料を提供するために使用される。以下で説明するように、混合材料は場合によってはそのまま使用せず、機械的処理を行った後でのみ使用することができる。他の場合には、混合材料は、その元の形態で焼結処理に使用することができる。

換言すれば、本発明は、焼結プラント（特に焼結プラント又はペレット化プラント）のための１つの供給材料（供給原料）として、粒状鉄含有材料と熱分解された粒状バイオマスとの混合物の使用を提案する。
「粒状鉄含有材料と熱分解された粒状バイオマスとの混合物」という表現は、２種類の粒状物が焼結プラントに個別に輸送及び供給されるのではなく、混合されていることを意味する。混合は、使用現場、即ち焼結プラントから数百又は数千ｋｍ離れたところで行うことができ、鉄及びバイオマスの混合物として粒子を輸送することで、以下に詳述する多くの利点が得られる。一般に、粒状鉄含有材料及び熱分解された粒状バイオマスの混合物は、バルク混合物であり得る、即ち、粒状物は、可能性としては容器内で何らかの機械的攪拌により単に一緒に結合／混合される。しかしながら、混合物という用語は、粒状鉄含有材料と熱分解された粒状バイオマスとの混合物が集合体（agglomerates）を形成するように処理される場合も含む。前者の場合、焼結プラントに供給される供給材料は、粒状鉄鉄含有材料及び熱分解された粒状バイオマスのバルク／粉末材料である。後者の場合、焼結プラントに供給される供給材料は、粒状鉄鉄含有材料及び熱分解された粒状バイオマスを含む集合体（又は塊状の生成物）の形態をとる。

焼結プラントのタイプは、本発明の範囲で限定されない。用語「焼結プラント」は、ここでは、材料焼結（又は焼結；frittage）、即ち、それを溶融することなく液状化点まで加熱することで、粒状材料の固体塊を形成する機械又はプラントを含む意味で使っている。製鉄業界で知られている焼結プラント及びペレット化プラントは、「焼結処理」を含む２つのタイプの焼結プラントである。

本方法によれば、混合材料は、熱分解されたバイオマスを含み、ここで、後者は一般に木炭である。典型的な熱分解温度は２５０と５５０℃の間であり、そのため、ここでの「熱分解」という用語は、焙焼（torefaction）として知られる軽度の熱分解も含む。しかしながら、バイオマスは、任意の植物又は動物材料であってもよい。単純化のために、本明細書では一般的に木炭のみを参照している。本明細書全体を通して、「木炭」という用語は、「熱分解されたバイオマス」で置換し得ることが理解されよう。同様に、用語「鉄鉱石」は以下では「鉄含有材料」で置換してもよい。

鉄鉱石及び木炭は、粒子形態、即ち粒子又は断片（pieces）として混合材料中に存在する。粒子のサイズは、一般に、本発明の範囲で限定されないが、以下で論じるように特定の粒子サイズが好ましい。本願でいう鉄鉱石は、一般に、任意の鉄含有材料、例えば、通常は脈石不純物（gangue minerals）及び廃棄物（waste）又は残留物（residual materials）と共にマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）又はヘマタイト（Ｆｅ_２Ｏ_３）のような酸化鉄を含み得る。木炭は、バイオマス、通常は木材、有機廃棄物及び／又は残留バイオマス、及び／又はＳＲＦ材料（固形回収燃料）のような植物材料から水及び揮発性成分を除去することによって製造される任意の炭素含有材料であり得る。木炭粒子は、比較的高い炭素含有量、例えば６５重量％以上、７０重量％以上又は７５重量％以上を有することができる。

混合材料を得るために、少なくとも粒状鉄鉱石と粒状木炭が提供され、次いで混合材料を得るためそれらを混合することができる。混合は、適切な容器内で鉄鉱石と木炭粒子（プラス任意の他の成分）とを機械的に混合することで積極的に行うような、様々な仕方で行うことができる。適切な装置には、ピンミキサー（pin mixer）、パドルミキサー（paddle mixer）又は回転ドラムミキサーが含まれる。混合はまた、多かれ少なかれ受動的に行われてもよく、例えば鉄鉱石粒子と木炭粒子とを同時に容器に注ぐことによって、少なくともある程度の混合は行い得る。当技術分野で知られた他の適切な混合方法も同様に使用することができる。必要に応じて、混合を、トラック、コンテナ、列車の貨車、船舶のような輸送容器での装入と組み合わせることが可能である。これは、以上で示した受動的混合の形態であっても、粒状材料を輸送容器での装入直前又は直後の能動的混合との組み合わせであってもよい。

複数の実施形態において、混合材料中の粒状鉄担持材料の体積割合は５と８０体積％の間であってよい。

本発明の方法には種々の利点がある。第一に、木炭は（通常）化石燃料を使用せずに生成されるため、ＣＯ_２ニュートラルと見なすことができる。焼結処理に必要な燃料の少なくとも一部が、混合材料に含まれる木炭によって提供されるので、ＣＯ_２実効排出量を大幅に削減することができる。他の利点は、木炭含有混合材料の取り扱い及び輸送に関連する。木炭生産には大量のバイオマスが必要なため、同じ地理的場所に木炭製造設備と焼結プラントを持つことはほとんど不可能である。したがって、木炭は輸送する必要がある。これに関連して、鉄鉱石粒子と木炭粒子を含む混合材料を使用することは、木炭自体と比較して必要な安全予防措置を低減させる。木炭は可燃性製品であり、通常、高い安全手順と予防措置が必要である。部分的には混合材料に含まれる木炭の割合に依るものであるが、燃焼性を著しく低下させることができる。もちろん、これは混合材料の任意の他の成分にも依っている。さらに、純粋な木炭（pure charcoal）は密度が非常に低く（約０．２５ｇ／ｃｍ^３）、通常、微粉の割合が高いため、排出地点（discharge points）での粉塵の排出により取り扱いが複雑である。木炭粒子が鉄鉱石粒子及び必要に応じて他の成分と混合された後では、微粉の量及び粉塵の排出量を低減することができる。これは、例えば、密度が高い鉄鉱石粒子が、埋め込まれた木炭粒子が吹き飛ばされるのを防ぎ、かつ鉄鉱石粒子が濡れることで、混合材料において、木炭微粉が鉄鉱石粒子に含まれる液体によって少なくとも部分的に拘束されることがあり得るなどの、異なる事実によるものである。

これにより、木炭は混合材料として長距離輸送に利用可能となる。その長距離は、少なくとも１００ｋｍ、好ましくは少なくとも５００ｋｍ、最も好ましくは数千ｋｍの距離を含むものとして規定され得る。したがって、木炭は、例えば、ブラジル又はカナダから米国へ、又はブラジル、カナダ、米国、インドネシア又はロシアからヨーロッパに輸送することができる。長距離輸送は、列車又は船舶により行うことが好ましい。

１実施形態によれば、混合材料は、複合体（compound bodies）の形態で使用され、ここで、各複合体は、固体及び凝集性（coherent）であり、粒状鉄鉱石及び粒状木炭を含む。各々の複合体は固体かつ凝集性である、即ち、個々の粒子は一緒に結合して複合体を形成するが、これらの粒子を結合する方法は、これには限定されない。特に、各複合体は、これらの粒子を含む集合体又は集塊（conglomerate）とみなすことができる。鉄鉱石粒子と木炭粒子は、複合体の一部として互いに結合される。その限りにおいて、複合体は均質ではないが少なくとも粒状鉄鉱石と粒状木炭の組み合わせである。木炭粒子が複合体の一部として結合されると、微粉の量と粉塵の排出量が大幅に低減される。仮に微粉を完全に排除できなくとも、その割合は通常１０％未満、又は５％未満であり、残りはそのまま（無傷）の複合体である。以下で説明するように、複合体は、場合によってはそのままではなく、機械的処理の後にのみ使用することができる。この場合、原料は、供給工程のある段階中は複合体の形態のみであるが、焼結プラントで使用される直前に別の形態になり得る。他の場合には、複合体は元の形態で焼結処理用に使用することができる。

この方法は複合体の製造をも含んでもよい。この場合、それは原料を供給するのに先立つ以下の工程を含む。第１の工程では、粒状鉄鉱石及び粒状木炭が提供される。通常、鉄鉱石と木炭は、粒状の形態を得るために破砕され（broken）、圧し潰され（crushed）、又は断片化（fragmented）され、場合によっては摺り潰され（grinded）る必要がある。同様に、粒子は、一定範囲の粒サイズを得るためにふるい分けてもよい。破砕及び／又はふるい分けは、それぞれの粒状材料を提供することの一部であり得る。

別の工程では、混合物を得るために少なくとも鉄鉱石と木炭とを混合する。混合は、適切な容器内で鉄鉱石と木炭粒子（プラス任意の他の成分）との機械的混合を積極的に行うなど、様々な仕方で行うことができる。適切な装置としては、ピンミキサー、パドルミキサー又は回転ドラムミキサーが含まれる。混合はまた、多かれ少なかれ受動的に行われてもよく、例えば鉄鉱石粒子と木炭粒子とを同時に容器に注ぐことによって、少なくともある程度の混合は行い得る。当技術分野で知られた他の適切な混合方法も同様に使用できる。

別の工程において、混合物から複合体が形成される。それぞれの複合体は、鉄鉱石粒子及び木炭粒子の両方を含む集合体又は集塊とみなすことができる。これらは、複合体のサイズに応じて、例えばブロック、ブリケット（briquettes）もしくはペレット、又はフィルターケーキ等の形態の単純な集合体、と呼ばれる。全ての複合体は、同じサイズ及び形状を有するか、又は様々なサイズ及び／又は形状を有し得る。これは部分的には複合体の形成方法によって決まる。単一の複合体の形状は、不規則又は規則的なものでよく、例えば球状、円筒状又は直方体である。混合と形成（forming）は単一の装置で行ってもよい。混合物の組成は、混合材料、即ち複合体の組成と同一でよい。しかしながら、その組成は、例えば複合体の形成中に蒸発する液体成分により異なっていてもよい。したがって、「混合物」及び「混合材料」という用語は、この文脈では同義語として使用されていない。

幾つかの実施形態では、複合体の十分な結合は、例えば、鉄鉱石と木炭との混合物に圧力及び／又は高温を加えることによって行うことができる。他のケースでは、このアプローチによって達成可能な結合の程度は十分ではない。したがって、この方法は、少なくとも１つのバインダーを提供することをさらに含んでもよく、かつ混合物は、少なくとも鉄鉱石、木炭及び少なくとも１つのバインダーを混合することによって得られる。仮に製造については本方法の一部として考慮されない場合でも、各複合体は、少なくとも１つのバインダーを含む。それぞれのバインダーは、個々の複合体の全体的な結合を高める働きをする。混合物が形成されたときは、バインダーは液体形態及び／又は液体中で溶解又は懸濁されて存在してもよい。複合体が形成されたら、複合体に熱を加えて液体成分を蒸発又は化学変換してもよい。場合によっては、バインダーによって導入された液体が一定量複合体中に存在してもよい。

１つの実施形態によれば、少なくとも１つの有機バインダーが提供される。適切な有機バインダーの例としては、これに限定するものではないが、様々なタイプのセルロース、乳製品廃棄物（ラクトース又は乳清（whey）など）、天然ガム（グアー又はキサンタンガムなど）、木材関連製品（ヘミセルロース又はリグニンスルホン酸塩など）、デンプン、デキストロース、糖蜜（サトウキビ糖蜜など）及びポリアクリルアミド又はポリアクリレート構造に基づくものが含まれる。殆どの有機バインダーは、焼結処理中に固体残留物が殆ど又は全く残さない状態で燃焼可能である。それらは主にバイオマスに由来するので、それらはＣＯ_２ニュートラルと見なすこともできる。

代替的に又は追加的には、少なくとも１つのミネラルバインダーを提供することができる。ミネラルバインダーの例としては、これらに限定される訳ではないが、ベントナイト、石灰、生石灰（ＣａＯ）、消石灰（Ｃａ（ＯＨ）_２）が含まれる。一般に、ミネラルバインダー（即ち、無機バインダー）は、焼結処理中に燃焼しないが、焼結製品又はペレット製品の一部として、おそらく化学的に変化した形態で残る。これらのバインダー残留物は、高炉、直接還元及び／又は電気炉などにおける用途によって、無関係であったり、有害であったり、又は有益であることすらあり得る。場合によっては、ミネラルバインダーは有機バインダーよりも効果的であり得る。

好ましくは、複合体はブリケット化（briquetting）することで形成される。この文脈において、「ブリケット」は、加圧集合化（press agglomerating）を指す。一定量の混合物に圧力が加えられ、それによって粒子（及び可能性として他の成分）の集合が引き起こされるか、又は支援される。様々なタイプのブリケット化は、例えば押出し又はロールプレスで行ってもよい。押出しが行われる場合は、一次生成物は、切断又は分離して複合体にする必要がある、材料の連続したストランド（細い糸状のもの；strand）となる。圧力を加えることとは別に、混合物又は混合物と接触しているブリケット機の特定の部分を加熱することによって、高温を適用することができる。代替的に又は追加的には、熱は摩擦又は圧縮によって発生し得る。上述のように、ブリケット化処理から得られる複合体は、レンガ、ブロック、ブリケット又はペレットと呼ぶことができる。

複数の実施形態においては、混合材料は複合体を形成するための集合は行われず、粒状鉄鉱石及び粒状木炭のバルク混合物として使用され、したがって、その形態で焼結プラントに輸送及び供給される。この場合も、以前に開示された破砕／圧し潰し／断片化／摺り潰し、及び／又は（受動的又は能動的）混合の工程が適用されることとなろう。

既に述べたように、木炭生産の場所と焼結プラントの場所は、通常、遠く離れている。それらは異なる国にあるか、異なる大陸にあるかもしれない。木炭は、混合材料中の鉄鉱石粒子と組み合わせたとき、特に鉄鉱石粒子と共に複合体の形態で結合されている場合、より容易かつ安全に輸送することができるので、（可能性として複合体の形態である）混合材料は木炭プラント又はその近傍で形成すべきである。これにより、木炭輸送に関連する燃焼リスクや粉塵発生の問題を大幅に回避することができる。本発明の典型的な実施形態によれば、混合材料（及び特に、複合体）は、第１の場所において形成され、かつこの方法は、混合材料を第１の場所から少なくとも１００ｋｍ離れた第２の場所に輸送することをさらに含む。第２の場所は、焼結プラントの位置であり得る。第１の場所と第２の場所との間の距離は、例えば、少なくとも５００ｋｍ又は数千ｋｍなど、さらに長くてもよい。特に、混合材料は、少なくとも部分的には列車又は船舶によって輸送し得る。これらの条件下では、輸送の費用対効果は、輸送される総質量に大きく依存する。木炭と鉄鉱石（プラス任意の追加成分）が一緒に輸送されるので、所定量の木炭に対して輸送される総質量は著しく増加する。言い換えれば、木炭をより少量にすることで費用対効果の高い（例えば２００、０００ｔの）輸送を実現できる。一例を示せば、焼結プラントの生産速度が６Ｍｉｏ．ＴＰＹで、焼結製品１ｔに対して６０ｋｇの木炭を必要とする場合、合計３６０．０００ＴＰＹの木炭が必要である。混合材料に３０％の木炭が含まれているとすると、２ヶ月毎に１回の費用対効果の高い輸送を行うことができる。このような比較的高い輸送頻度は、第１の場所及び第２の場所で必要とされる保管能力を減らすので有益である。木炭の可燃性を低下させるために、それはそれ自体が可燃性ではない鉄担持材料と混合されることとなる。混合物中の鉄担持材料の提案された体積割合は、木炭の空隙体積（void volume）（木炭粒子間の体積）にほぼ対応し、通常は約３０と５５体積％の間である。燃焼性をより低減するために、鉄鉱石の体積比がより高く、たとえ５５体積％以上であっても好ましい場合がある。当業者は特定の可燃性及び爆発試験を考慮して、鉄担持材料及び木炭の特性に基づきケースバイケースで最小量を決定することとなろう。

しかしながら、高すぎない木炭含有量による上述の利点があるけれども、生産において幾つかの鉱石源及び／又は木炭源を使用することを考慮すると、焼結処理のためには、木炭及び鉄鉱石が多かれ少なかれ適切な比率で存在することが望ましいので、木炭含有量は低すぎてもよくない。したがって、混合材料は、少なくとも１重量％又は１０重量％の木炭、好ましくは少なくとも２０重量％、より好ましくは少なくとも３０重量％の木炭を含むことが望ましい。特に好ましい範囲は、１～３０重量％、５～２０重量％、かつ可能性としては１０～２０重量％である。混合材料が複合体の形態であると、それを形成する混合物中の重量百分率は幾分低くなる可能性がある、例えば、混合物は複合体の形成方法において蒸発する液体成分を含むためである。

木炭含有量の低減に関連する上述の利点の恩恵を受けるため、及び焼結処理用に十分な量の鉄鉱石を提供するために、混合材料は少なくとも２０重量％、好ましくは少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも５０重量％の鉄鉱石を含んでいれば有利である。ここでも、これが複合体を指すとすれば、これらの複合体を形成する混合物中の重量百分率は、例えば液体成分の蒸発のために、幾分低くなる可能性がある。

通常、集合体又は集塊とみなすことができる凝集性複合体（coherent compound bodies）の形成は、木炭粒子が比較的小さいとより容易である。また、個々の木炭粒子のサイズが小さいほど、混合材料が複合体の形態であるか否かにかかわらず、焼結プラント処理における木炭の有効性を高めることができる。したがって、粒状木炭は、Ｄ９０のふるいのサイズが１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、より好ましくは３．５ｍｍ未満であることが好ましい。言い換えれば、木炭粒子の少なくとも９０％は１０ｍｍ未満（又はそれぞれ５ｍｍ又は３．５ｍｍ）の最大サイズを有する。

本発明の方法においては、種々の種類の鉄含有材料、一般的には鉄鉱石を、（例えば複合体又は集合体中の）混合材料用に用いることができる。１つの実施形態によれば、粒状鉄含有材料は、焼結フィード（sinter feed）粒子を含み、これは、少なくとも大部分が０．１ｍｍと６．３ｍｍの間のふるいのサイズを有する。「焼結フィード」とは、上述のような比較的大きい／粗い粒サイズを有する鉄含有原料に一般的に使用される用語である。それは一般に、鉄鉱石から製造され、その化学的性質から、さらなる改良を行うことなく、高炉、直接還元及び／又は電気炉などの操作に適したものとなっている。言い換えれば、鉄鉱石中の鉄含有量は最初から比較的高い、即ち鉄化合物と脈石（gangue）材料は比較的よく分離されているため、脈石材料の含有量は低い。０．１ｍｍと６．３ｍｍの間のふるいのサイズについて「少なくとも大部分」と言う場合、これは０．１ｍｍ～６．３ｍｍの最大サイズを有する粒子の少なくとも８０％又は少なくとも９０％であることを指す。

代替的にペレット化プラントの場合、又は追加的に焼結プラントの場合には、粒状鉄鉱石は、少なくとも大部分が０．１５ｍｍ未満のふるいのサイズを有する精鉱（concentrate）及び／又はペレットフィード粒子（本明細書では単に「ペレットフィード」と言う）などのより小さい粒サイズを有する鉄含有材料を含むことができる。ここでも、これは、０．１５ｍｍ未満の最大サイズを有する粒子の少なくとも８０％又は少なくとも９０％を指す。「ぺレットフィード」は、低品位鉄鉱石の改善により生じる純度の高い鉄鉱石材料である。その低品位鉄鉱石では、鉄含有量が低く、鉄化合物と脈石材料とがよく分離されていない。しかしながら、鉄鉱石を摺り潰す（ground）か又は他の方法で分離して粒サイズを小さくすると、鉄含有量が十分に高い粒子と、鉄含有量の低い（又は存在しない）粒子とを分離することが可能になる。鉄含有量の高い粒子は、ペレットフィードとして使用できる。焼結プラントの一般的な傾向として、適切な鉄鉱石はもはや容易に入手できないため、焼結フィードの品質が悪化している。このことは、ペレットフィードを少なくとも部分的に含むことによって補償することができる。

上述のように、複合体のサイズは、一般に、本発明の範囲で限定されない。
ただし、好ましくは、複合体の最大サイズは１ｍｍと５００ｍｍの間であり、最大サイズがこの範囲を下回ったり上回ったりすると、複合体の製造及び／又は取り扱いが困難になる。小さな複合体、例えば、最大サイズが１５ｍｍ未満のものは、「ペレット」と呼ぶことができ、一方、例えば、最大サイズが１５ｍｍと１００ｍｍ間のより大きな複合体は、「ブリケット」と呼ぶことができ、さらに大きな複合体は、「ブロック」又は「レンガ」と呼ぶことができる。上述のように、個々の複合体は、球状、円筒状、直方体状、平ら又は不規則な形状であり得る。

特に個々の複合体の最大サイズが小さい場合には、その複合体がそのまま、即ちそれ以上の処理を行わずに焼結プラントで使用することが考えられる。別の実施形態によれば、複合体は、焼結プラントで使用される前に断片化される。断片化は、特に複合体を圧し潰すことにより行い得る。断片化処理は、鉄鉱石粒子から木炭粒子の部分的又は完全な分離を、また可能性としては個々の木炭及び／又は鉄鉱石粒子の断片化をも行い得る。特に、材料をペレット化プラントで使用する場合は、材料は通常、焼結処理に入る前に摺り潰される。

焼結プラントにおいては、主として焼結処理に木炭／鉄鉱石混合物を加える２つの方法がある。木炭／鉄鉱石混合物を焼結体混合ベッディングパイル（bedding pile）に加えることができる。焼結体混合ベッディングパイルは、通常、異なる原料の水平層で構成されている。焼結体混合ベッディングパイルを使用する場合、リクレーマ（reclaimers）は通常、材料を層に対して垂直に、垂直な形で取り除く。これにより、材料の良好な混合、より長期（例えば１～数週間）にわたる混合も可能になる。この場合、このようにして木炭／鉄鉱石混合物を容易に直接追加することができる。積層（stacking）中の木炭及び鉄鉱石粒子への偏析（segregation）に関する予防措置はこのようにして限定されたものとなる。それにもかかわらず、積層処理により、かつ投与ビン（dosing bins）を含む場合には、以下に記載する偏析の影響は、この場合にも考慮する必要がある。焼結プラント処理において木炭／鉄鉱石混合物を導入する第２の可能性は、焼結プラント備蓄庫（stock house）にある。この場合、混合物は、ロスインウエイト式フィーダー（loss-in-weight feeders）、計量ベルトコンベア、スクリューフィーダーなどの特別な投与システムによって焼結処理で投与される。この場合、その偏析が焼結処理中に問題となる焼結混合物の制御不能な組成を生む原因になるので、木炭／鉄鉱石混合物は偏析していないことが重要である。

木炭／鉄鉱石混合物を使用する際のペレット化プラントの場合には、焼結処理に入る前に材料を摺り潰す（grinded）必要があるため、第２の可能性は適用されない。したがって、上述のような偏析の影響は関係ない。

したがって、複合物の断片化は、断片化された材料が焼結プラントの焼結処理に導入される少し前に行うことが好ましく、それによって、木炭の粉塵発生又は燃焼に関するあらゆる問題を回避又は最小限に低減する。好ましくは複合物の圧し潰し（crushing）は、投与装置（dosing device）のすぐ上流の貯蔵サイロの出口で行われてもよい。稀ではあるが、混合材料が複合体の形態でなくても断片化していることも考えられる。一方、ペレット化プラントに導入された場合の複合物の断片化については、全ての成分は、焼結処理の前に、摺り潰しユニット内で別々に又は一緒に摺り潰されることになる。

混合材料は、追加材料なし又は最小限にした状態で、焼結法に使用できることが望ましい。即ち混合材料は、焼結処理への原料供給材料の主要部と成り得る。しかしながら、実際には、混合材料は焼結及びペレット化プラントにおける焼結処理のために、少なくとも１０重量％の鉄含有材料、及び少なくとも５、好ましくは少なくとも１０及びより好ましくは少なくとも２０重量％の炭素含有材料（固定炭素）を提供し得る。特に焼結プラントにおいては、原料に追加すべきペレットフィードの必要量は、例えば９０重量％以下、可能性としては６０重量％未満の鉄含有材料に相当することとなる少量だけであることが好ましい。混合材料は、少なくとも１０重量％、好ましくは少なくとも４０重量％、又はより好ましくは少なくとも６０重量％の炭素含有材料を提供できる。無煙炭及び／又は粉コークスを原料に追加する必要がないか、或いはこの追加の燃料量が炭素含有材料の８０重量％以下、例えば６０重量％未満又は４０重量％未満に相当するのであれば、これもまた好ましい。

この明細書において、焼結なる語句（word）は、熱処理、いわゆる焼結処理によって形成された鉱石の集合体を意味する。得られる生成物は、例えばペレット又は焼結製品であり得る。

既に示した様に、この明細書における焼結プラントなる用語（term）は、焼結処理、とくにペレット化プラント及び焼結プラントを含む鉱石凝集プラント全般を包含する。

これは、典型的には従来のペレット化及び焼結処理と同様に、典型的には１０００～１４００℃での、かつ典型的には酸性雰囲気下（依然としてかなりの量のＯ_２がガス雰囲気中に含まれている）の炉内での熱処理に対して、焼結処理を維持するために混合物を提供することで達成できる。

次に、本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して例示により説明する。
焼結プラントに関連する本発明の第１の実施形態に係る方法の材料フローを説明する図である。図１の方法の処理フロー図である。ペレット化プラントに関連する本発明の第１の実施形態に係る方法の材料フローの説明図である。図３の方法の処理フロー図である。焼結プラントに関連する本発明の第２の実施形態に係る方法の材料フローの説明図である。図５の方法の処理フロー図である。ペレット化プラントに関連する本発明の第２の実施形態に係る方法の材料フローの説明図である。図７の方法の処理フロー図である。

図１は、焼結プラントに適用した本発明方法の第１の実施形態を示す材料フロー図であり、図２はこの方法の処理フロー図である。次に、両図を参照して本方法を説明する。本方法の第１の工程では、１００において、粒状鉄含有材料鉄鉱石１、熱分解された粒状バイオマス炭２及びバインダー３が提供される。
本説明では、簡略化のため、鉄含有材料１として鉄鉱石１を用い、熱分解されたバイオマス２として木炭２を用いる。しかし、これに限定するものと理解すべきではない。

粒状鉄鉱石１は例えば鉱石鉱山５等の鉄含有材料源から提供され、一方、粒状木炭は木炭プラント６から供給される。この実施形態では、粒状鉄鉱石１は、１と６．３ｍｍ間の粒サイズを有する焼結フィード、並びに１．５ｍｍ未満の粒サイズを有するペレットフィードを含む。或いは、焼結フィード又はペレットフィードのみをそれぞれ用いることも可能である。木炭２は、植物材料、例えば木材のゆっくりした熱分解によって製造されたものであり得るが、３．５ｍｍ未満のＤ９０のふるいのサイズを有し得る。木炭粒子は、比較的高い炭素含有量、例えば６５重量％以上、７０重量％以上、又はたとえ７５重量％以上であってもよい。バインダー３は、ベントナイトのようなミネラルバインダーや、サトウキビ糖蜜のような有機バインダーでよい。また、ミネラルバインダーと有機バインダーとの組み合わせでよい。

次の工程では、１１０で、粒状鉄鉱石１、粒状木炭２及びバインダー３を混合して混合物を形成する。混合物は、少なくとも１つの液体成分を含んでもよく、これはバインダー３の一部であってもよいし又は混合処理を容易にするために追加し得るものであってもよい。混合も行い得る集合ユニット４において、集合体７（agglomerates）が混合物から形成される（１２０で）。集合ユニット４は、木炭２の輸送距離を最小限に抑えるために、木炭プラント６の近く又はさらに木炭プラント６内に配置されていてもよい。しかし、より好適には、集合ユニット４を鉄鉱石鉱山や輸送港の近くに配置することも考えられる。必要に応じて、形成された集合体７は、バインダー３を硬化させるため、又は液体成分を蒸発させるために高温に晒してもよい。このようにして形成された集合体７は、粒状鉄鉱石１、粒状木炭２及びバインダー３を含み、硬化処理等により、可能性としてその最初の形態から化学的に変質することがあり得る。集合体７は、例えば最大サイズ１０ｃｍの直方体であり得る。

完成した状態の集合体７は、保管及び輸送に良好に適合した固体で凝集性複合体である。特に、木炭２は集合体に結合しているので、特別な安全上の予防措置を要せず、純粋な木炭２に関する燃焼リスクは殆ど排除される。完成した集合体７は、（例えば鉄道又はトラックによる）第１の陸上輸送機関１１によって第１の港１２に輸送され（１３０）、そこで長距離海外輸送１３（１４０）のために船舶に移される。必要に応じて、ブリケット化ユニットが第１の港１２の近くにあれば、第１の陸上輸送機関１１は不要となろう。船が目的地である第２の港１４に到着した後、集合体７は荷降ろしされ、再び輸送される。続いて、それらは、別の陸上輸送機関１５によって、圧し潰しユニット１７及び焼結プラント２０を含む製鉄所１６に輸送される（１５０）。集合体７は、焼結プラント２０で使用する調製物（preparation）として、圧し潰しユニット１７において圧し潰され（１６０）、それによって、圧し潰された材料１８としてのより小さな粒子の混合物が得られる。場合によって、例えば集合体７の大きさが非常に小さい場合などでは、圧し潰しは省略してもよい。大部分の圧し潰された材料１８は、通常は少なくとも少量のバインダーを備えた純鉄鉱石粒子又は純木炭粒子であり、一方他の粒子としては、鉄鉱石粒子と一緒に結合した少なくとも１つの木炭粒子が含まれ得る。集合体７が保管されている焼結プラント２０の備蓄庫内に専用のビン（図示せず）があってもよい。そこで、それらを、定量取り出して圧し潰しかつ焼結プラント２０の混合ドラム等に供給する搬送システム（例えばベルトコンベア）に載せることができる。混合材料（mix material）を焼結プラントの備蓄庫内で追加する代わりに、それらをさらに下流又は上流で焼結体混合ベッディングパイルに直接追加することもできる。

圧し潰しユニット１７は、焼結プラント２０の比較的近くに配置することができ、かつ木炭粒子に関連する粉塵発生又は燃焼リスクの問題を回避するために、圧し潰された材料１８の圧し潰しユニット１７から焼結プラント２０への輸送のための特別な予防措置を講じることができる。追加成分１９は１７０で追加される、これには、例えば鉄鉱石を集合体７から補うためのペレットフィード及び／又は焼結フィード、無煙炭及び／又は粉コークスのような化石燃料、非化石燃料、又は焼結処理のためにエネルギー要件を満たすための両者の組合せ、石灰、水又は他の適切な添加剤を含み得る。それから、１８０で焼結ベッド（sinter bed）を形成し、１９０で焼結を行う。圧し潰された材料１８が追加成分１９と混合するために備蓄庫に供給されることは注目に値する。代替的には、圧し潰された材料１８を焼結ベッドに直接追加してもよい。集合体７からの木炭は、焼結処理のための固定した（fixed）炭素含有材料の全てであり得る。しかし、それは通常は、炭素含有材料の一部、例えば２０重量％と９０重量％との間の炭素含有材料だけである。いずれにせよ、化石燃料の量は排除されないとしても大幅に減少し、したがって焼結処理はＣＯ_２ニュートラルに近い。焼結処理の結果、品質が定められた焼結製品２１ａが２００で引渡され、今度は高炉、直接還元、電気炉等での製鋼に用いることができる。本発明の方法の第１の実施形態の同じ文脈で、図３は材料のフロー図を示しており、ここで、第２の場所３１において、複合混合物（compound mix）７は、焼結製品２１ａの代わりに、製品２１ｂとしてペレットを有する、焼結プラント２０に導入され、一方、図４はこの方法の対応する処理フロー図である。第１の実施形態の２つの発明方法は、焼結のための全ての成分、追加材料１９及び圧し潰された材料１８又は複合体、集合体７について、さらなる断片化、より具体的には摺り潰し１７１を行わなければならない点で主要な違いはあるものの、同様である。全ての成分は、次いで、圧し潰しユニット１７のところで、典型的にはＤ８０＜０．０４５ｍｍの粒サイズに摺り潰され、かつ焼結１９０が実施される前に、典型的には直径６～１６ｍｍの球体のペレットが形成される１８０。焼結１９０が行われた後、規定された品質のペレット製品２１ｂが２００で引渡される、今度は、高炉、直接還元炉及び又は電気炉等での製鋼に使用することができる。

図５は、焼結プラントに適用された本発明方法の第２の実施形態を示す材料フロー図であり、図６は、この方法の処理フロー図である。この実施形態は第１の実施形態にある程度まで似ているため、全部を再度詳細に説明することはしない。第１の工程では、１００で、鉄鉱石鉱山５からの粒状鉄鉱石１及び木炭プラントからの粒状木炭２が提供される。粒サイズ及び組成は、第１の実施形態と同じであり得る。

必要に応じて、１０５で、粒状鉄鉱石１及び／又は粒状木炭２は、（第１の）陸上輸送機関９によって混合容器１０の場所３０に輸送し得る。１１０で、粒状鉄鉱石１と粒状木炭２とを混合容器１０内で混合し、バインダーを含まない粒子混合物８を得る。混合は、粒状鉄鉱石１と粒状木炭２とを同時に混合容器１０内に流し込むだけで、能動的又は受動的な方法で行うことができる。このようにして、粒子混合物８は、２種類の粒状物質（鉄及び木炭）のバルク混合物であり、このバルク形態で輸送される。本実施形態は、集合体が形成されない（したがって集合ユニット４がない）という点で、図１のそれと区別される。しかしながら、粒子混合物８は必要に応じて鉄鉱石１と共に導入される何らかの液体を含んでもよい。このような液体は、いくつかの木炭微粉及び塵を一時的に結合させるのに役立ち、このようにして、そうでなければ生じる粒状木炭２に関連する燃焼リスクを低減する。このようにして、粒子混合物８はバルク粒子形態で、（それぞれ第１又は第２の）陸上輸送１１（例えば鉄道又はトラックによる）によって第１の港１２に輸送され（１３０）、そこで長距離海外輸送１３のために船舶に輸送される（１４０）。なお、混合容器１０は、陸上輸送１１に用いられる鉄道貨車、トラック等の一部であってもよい。陸上輸送１１は、混合容器４が第１の港１２に在るときは、必要に応じて不要となり得る。第２の港１４において、粒子混合物８は荷降ろしされ、再び輸送される。続いて、それは、（１５０のところで）別の陸上（又は河川又は他の）輸送機関１５によって、粒子混合物８が原料／供給原料として提供される焼結プラント２０を含む製鉄所１６に輸送される。粒子混合物８の圧し潰しは不要であり、そのまま使用することができる。混合材料の追加は、焼結プラントの備蓄庫（図示せず）内で、又はそれらはさらに下流、又はさらに上流で焼結体混合ベッディングパイルに直接追加して行うことができる。

追加成分１９は、第１の実施形態に関して説明したように１７０で追加され、１８０で焼結ベッドが形成され、１９０で焼結が行われる。粒子混合物（particle mix）８が、追加成分１９と混合するために備蓄庫に供給され得ることは、再び注目に値する。代替的には、粒子混合物８を焼結ベッドに直接追加してもよい。規定品質の焼結製品２１ａは２００で引渡され、今度は、高炉での製鋼、直接還元、電気炉等に使用することができる。

本発明の方法の第２の実施形態の同じ文脈で、図７は材料のフロー図を示し、ここで、第２の場所３１において、粒子混合物８は、焼結製品２１ａの代わりに製品２１ｂとしてペレットを有する、焼結プラント２０に導入され、他方、図８はこの方法の対応する処理フロー図である。第２実施形態の２つの発明方法は、焼結のための全ての成分、追加材料１９及び粒子混合物８をさらに断片化、より具体的には摺り潰さなければならない１７１という主要な違いがあるものの、同様である。その際、全ての成分は、圧し潰しユニット１７のところで、典型的にはＤ８０＜０．０４５ｍｍの粒サイズに摺り潰され、かつ、焼結１９０が行われる前に、典型的には直径６から１６ｍｍの球体のペレットが形成される。焼結１９０が行われた後、規定の品質のペレット製品２１ｂが２００で引渡され、今度は、高炉、直接還元炉又は電気炉等内で製鋼に使用することができる。

両実施形態において、長距離輸送は船舶によって行われる。しかし、本発明は、列車による長距離輸送も含む。この場合、輸送は第１の場所から直接第２の場所へ１行程で実施し得る。

１鉄含有材料，鉄鉱石
２熱分解されたバイオマス，木炭
３バインダー
４集合ユニット
５鉄鉱石鉱山
６木炭プラント
７複合体，集合体
８粒子混合物
９陸上輸送
１０混合容器
１１陸上輸送
１３陸上輸送
１２港
１３長距離海外輸送
１４港
１５輸送手段
１６製鉄所
１７圧し潰し又は摺り潰しユニット
１８圧し潰された又は摺り潰された材料
１９追加材料
２０焼結プラント（焼結プラント又はペレット化プラント）
２１ａ焼結製品
２１ｂペレット製品
３０第１の場所
３１第２の場所

Claims

混合材料（７，８）が原料を供給するのに用いられ、混合材料（７，８）が粒状鉄含有材料（１）及び熱分解された粒状バイオマス（２）を混合形態で含むことを特徴とする、原料を焼結プラント（２０）に供給する方法。
混合材料が長距離にわたって輸送され、その長距離は、少なくとも１００ｋｍ、好ましくは少なくとも５００ｋｍ、最も好ましくは数千ｋｍであることを特徴とする、請求項１に記載された方法。
混合材料が列車又は船舶によって長距離にわたって輸送されることを特徴とする、請求項１又は２に記載された方法。
混合材料が複合体（７）の形態で使用され、各複合体（７）は、固体かつ凝集性であり、かつ、粒状鉄含有材料（１）及び熱分解されたバイオマス（２）を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載された方法。
原料を供給するのに先立って、
粒状鉄含有材料（１）及び熱分解された粒状バイオマス（２）を提供し（１００）；
混合物を得るために、少なくとも鉄含有材料（１）と熱分解されたバイオマス（２）とを混合し（１１０）；かつ
混合物から複合体（７）を形成する（１２０）、
ことを含むことを特徴とする、請求項４に記載された方法。
少なくとも１つのバインダー（３）を提供すること（１００）、及び混合物が、少なくとも鉄含有材料（１）、熱分解されたバイオマス（２）及び好ましくは有機バインダー又は無機バインダーを含む、少なくとも１つのバインダー（３）を混合すること（１１０）で得られること、を更に含むことを特徴とする、請求項５に記載された方法。
集合体がブリケットによって形成されることを特徴とする、請求項４から６のいずれかに記載された方法。
混合材料がバルク形態で焼結プラントに供給されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載された方法。
混合材料（７，８）が、少なくとも１重量％、好ましくは少なくとも５重量％、より好ましくは少なくとも１０重量％の熱分解されたバイオマス（２）を含むことを特徴とする、請求項１から８のいずれかに記載された方法。
混合材料（７，８）が、少なくとも２０重量％、好ましくは少なくとも３０重量％、より好ましくは少なくとも５０重量％の鉄含有材料（１）を含むことを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載された方法。
混合材料中の粒状鉄担持材料の体積割合が５と８０ｖｏｌ％の間であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載された方法。
熱分解された粒状バイオマス（２）が、１０ｍｍ未満、好ましくは５ｍｍ未満、より好ましくは３．５ｍｍ未満のＤ９０のふるいのサイズを有することを特徴とする、請求項１から１１のいずれかに記載された方法。
粒状鉄含有材料（１）が、少なくとも大部分が０．１ｍｍと６．３ｍｍの間のふるいのサイズを有する焼結フィード粒子を含むことを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載された方法。
粒状鉄含有材料（１）が、少なくとも大部分が０．１５ｍｍ未満のふるいのサイズを有するペレットフィード粒子を含むことを特徴とする、請求項１から１３のいずれかに記載された方法。
複合体（７）が１ｍｍと５００ｍｍの間の最大サイズを有することを特徴とする、請求項４から１２のいずれかに記載された方法。
複合体（７）が焼結プラント（２０）で使用される前に断片化（１６０）されることを特徴とする、請求項４から１３のいずれかに記載された方法。
混合材料（７，８）が、焼結プラント（１８）において焼結処理（１９０）のために少なくとも１０重量％の鉄含有材料及び少なくとも５重量％の炭素含有材料を提供することを特徴とする、請求項１から１６のいずれかに記載された方法。
鉄含有材料（１）は鉄鉱石（１）であり、及び／又は熱分解されたバイオマス（２）は木炭（２）であり、及び／又は複合体（７）は集合体（７）又は集塊であることを特徴とする、請求項１から１７のいずれかに記載された方法。
鉄含有材料及び炭素含有材料が焼結プラントに供給され、かつ固体の鉄含有製品を形成するために、それらは焼結処理を維持するように炉内で加熱され、焼結プラントが、請求項１から１８のいずれかに記載された方法により混合材料の供給を受けることを特徴とする、焼結プラントの運転方法。
混合材料（８）が、粒状鉄含有材料（１）と熱分解された粒状バイオマスとのバルク混合物である、請求項１９に記載された方法。
混合材料（７）が、粒状鉄含有材料（１）及び熱分解された粒状バイオマスの集合体を含む請求項１９に記載の方法。
焼結プラントは焼結プラントとして構成されており、酸化性雰囲気下にある炉内で焼成される前に、混合材料（７、８）は、必要に応じて圧し潰され及び／又は追加成分と結合されかつ必要に応じて集合され、かつ得られた焼結製品が圧し潰される、請求項１９、２０又は２１のいずれかに記載された方法。
焼結プラントはペレット化プラントとして構成されており、混合材料を摺り潰しかつ、そこから鉄鉱石生ペレットを形成し、かつ生ペレットを酸化性雰囲気下の硬化炉（indurating furnace）に装入しかつ焼成して硬化ペレットを形成する、各工程を含む、請求項１９、２０又は２１のいずれかに記載された方法。
混合材料及びバインダー材料を含む追加材料は、ペレット化プラントの圧し潰しユニット（１７）で、好ましくはＤ８０＜０．０４５ｍｍの粒サイズに摺り潰され、かつ摺り潰された材料から、好ましくは直径約６から１６ｍｍの生ペレットが球状に形成される、請求項２３に記載された方法。