JPS6021926B2 - 粒子状マグネタイト球状物の製法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明はマグネタィト鉱石砕粒をアークで加熱したガ
スジェット流中で融解することによって磁性体球状物に
転化する方法に関する。

発明の背景 マグネタイト鉱石（Ｆｅ３０４）の約１４９ミクロン（
１００メッシュ）またはそれ以下の小球状物は種々の工
業上の処理に有用である。

従来、この球状物は微粉砕と凍結とを交互に行う方法に
よって造られてきたが、この方法は生成物の粒子の大き
さを管理することが困難であり、その結果生成物の収率
が低いという欠点があった。プラズマアークヒーターに
よって鉱石のような材料を化学的に処理する装置と方法
とがぽつぽつと米国特許第３，６６１，７６４号、３，
７山予 ４０９号、３，７４９，７６３号、３，８１１
，９０７号明細書に開示された。しかしこのような装置
と方法とは炭素含有電極の使用を包含し、これらの炭素
含有電極はもしそれらがマグネタィト（Ｆｅ３０４）と
接触すると、Ｆｅ３０４及び炭素含有電極の化学的変化
を起すから、マグネタィト球状物の製造には不適当であ
る。タングステンのような金属製の他の電極もＦｅ３０
４によって破壊され、その上電極を保全するためには不
活性ガスを使用することが必要である。従って所望の粒
子寸法を連続的に生産することができるマグネタィト球
状物の他の製造が要請されるのである。発明の概要 この発明による、マグネタィト鉱石の熱融解による粒子
状マグネタィト球状物を製造する方法は共通軸に沿って
間隔を隔てて配置された通常中空の円筒状電極（これは
アーク室を形成する）間の軸方向の間隔に電気アークを
衝突させ、アークを回転させて電極間に実質上円筒状の
アーク通路を形成させ、間隙を通してガスをアーク室に
導入してアークで加熱された細長いガスジェット流を形
成させ、非球状のマグネタィト鉱石の粒子を充分に努づ
けてアークで加熱されたガスジェット流中に導入して前
記粒子を融解して表面張力により液状小滴粒を形成させ
ることによって球状化し、液状小滴粒を冷却して団体状
態となし球形を保持させる工程を包含することから成る
。

マグネタイト砕粒をアークで加熱されたガスジェット流
中に導入して前記砕粒を融解してマグネタィトの液状小
滴粒を造り（この小滴粒は表面張力によって球形となる
）。

続いて落下しながら冷却されることによって固体の球状
粒子となすのが便利である。この方法の目的はばらばら
に分離した粒子を熱により融解（このことは従来遭遇し
てきた寸法の管理の問題をなくす）し、それによって所
望の大きさのマグネタィト球を経済的速度で製造するこ
とにある。

この発明の方法はｔｌ）マグネタィト鉱石の分級した砕
粒すなわち分級した粒子を加熱して液状となし、それに
よって表面張力が粒子の球状化を起こせ、‘２’球状化
した粒子を固体状態に冷却することから成る。

発明の好適な記載 さてこの発明を添付図面を参照して例示する。

この方法を実施する装置を第１図に概略図式に示す。こ
の装置はアークヒーター装置５、融解帯域７及び冷却帯
域９を包含する。更に詳しくは、処理すべき原料は天然
産鉱石のマグネタイト鉱石（Ｆｅ３０４）であり、これ
を細かく粉砕し分級した粒子すなわち砕粒となし、コン
ブレッサー１５によって導管１３中に導入される輸送ガ
スによって上記粒子を貯槽１１から導管１３を通して輸
送する。マグネタイト鉱石の粒子は４４ミクロンないし
１４９ミクロン（１００〜３２５メッシュ）の範囲内で
大きさが種々に変化するが、好適な大きさは７４ミクロ
ン（２００メッシュ）である。粒子を次いで導管１７を
経て直接に、或は導管１９を通って熱交換器２１を経て
間接的に、融解帯城７に送る。

熱交換器２１では冷却帯域９を去る熱排ガスから轍熱が
粒子に与えられる。粒子は熱交換器から出て、アークヒ
ータ−５の出口において高温に加熱されたガス中に注入
される。それによって粒子の加熱と融解とが融解帯城７
内で生起する。そのためには高温加熱されたガスはマグ
ネタィト鉱の融点である少くとも１６００ｑｏの温度に
ある。融解帯域は約１５〜３比ネ（１／２〜１フィート
）の直径及び約９０の（３フィート）までの長さをもつ
。加熱は伝導と対流によって主として行われる。アーク
ヒーターは１５０〜１５００キロワツトのエネルギで加
熱されるのが好適である。

アークヒーター５を通して導入される融解帯城７中の好
適なガス雰囲気は毎時４５〜４５０ｋ９（１００〜１０
００ポンド）の速度で流れる空気である。しかしマグネ
タィトに対して酸化性でも還元性でもない他の中性ガス
も酸素を５．０％ないし２１％含有する限り使用できる
。空気は２１％の酸素を含有している。もし酸素のモル
割合が５％より少し、と、マグネタィト鉱石（Ｆｅ３０
４）は低酸化物状態例えばウスタィト（Ｆｅ○）または
Ｆｅ３０４とＦｅ０との混合物に還元される。もしガス
中の酸素のモル割合が２１％よりも顕著に多いと、Ｆｅ
３０４はより高次酸化物の状態、例えばＦｅ２０３また
はＦｅ３０４とＦｅ２０３との混合物に酸化される。こ
れらの酸化物のうちでＦｅ３０４だけが磁性を呈する。
マグネタィト粒子が液化すると、得られた各小滴粒は表
面張力により球状化し、融解帯域を流通後冷却帯城９に
入り、ここでより冷し、ガスまたは水が落下しつある融
解小滴粒の流れに噴射されて、融解熱を吸収する。

冷却はまた冷却帯城（冷却室）の冷たい壁面への頚射に
よって行われるが、粒子が融解中球状を保持するために
融解した液状４・滴粒は互に接触したり或はそれらが落
下する冷却帯域の壁面と接触してはならない。融解帯域
７を出た後で、液状小滴粒は周囲への頚射により、及び
（または）冷たい空気または水のような冷たい流体から
の対流によって冷却される。

冷却帯域９は当然液状小滴粒が該帯城を落下してその下
端に到達する前に固体化するとができるのに充分なだけ
の長さのものである。この理由のために液状小滴粒が固
化して完全に球体になるのに充分なだけ垂直に長い。冷
却帯域の好適な長さは該帯城の直径の少くとも約３倍の
長さであり、この長さを規制する主要な要因は操作温度
及び冷却帯域に入る液状小滴粒の大きさであることが判
明した。例えば第２図に示すように、冷却帯域の長さＡ
は該帯域の直径Ｂの少くとも３倍に等しい。或はまた、
液状づ・滴粒を冷却帯城９の底部の貯水槽の中で急冷し
てもよい。液状小滴粒の冷却はまたガスの注入により、
或は単に袷壁面パイプ中を通して液状小滴粒を落下させ
て、韓射により融解熱をパイプ壁へ移動させてもよい。
冷却帯城９を出た後で、熱粒子を含んだガス流は冷却帯
城の壁に沿って巻かれたコイルであるか或は別の袋贋で
ある熱交換器２１を貫流し、ここから導管２３を経てサ
イクロン、バッグフィルターまたは適当な分離装置また
はこれらの装置の組合わせのようなガスー固体分離装置
２５に送り、ここから更に固体粒子を導管２７を経て適
当な大きさの粒子を選択するための分級スクリーン２９
に導いて分級から外れた（ｏｆｆ−ｓｉｚｅｄ）粒子を
除き、この分級から外れた粒子はリサイクルする。

次に適当な大きさの粒子を３７で取り出す。ガスー固体
分離器２５を去ったガスは冷却器３９及びクリーナー４
１を通過し、そこからガスは導管４３を通ってガスコン
プレッサ−１５に通るか、或は導管４５を通ってコンブ
レッサー４７またはコンブレッサー４９に通る。コンブ
レッサー４７は冷却ガスを冷却帯域９に送り、コンブレ
ッサー４９はアークヒーターガスを毎時約４５〜４５０
ｋ９（１００〜１０００ポンド）の速度でアークヒータ
ー５へ駆動する。直流、単相交流及び三相交流の動力の
いずれか一種をアークヒーター５に使用できる。

これらの動力源のいずれかを第２図に示す型の自己安定
アークヒーター（第２図では１個のアークヒーター５１
が融解帯域７の上部に配置され、この融解帯域は冷却帯
城９の上に配置されてる）中で使用できる。１個の三相
アークヒーターの形状を第３図及び第４図に示す。

１個のアークヒーター５１を使用する場合の第２図にお
いては、直流の使用が交流の使用より好適である。

何となればその方が粒子が温度の変動のない熱ガス流中
へ注入され、従って高度の球状物が得られるからである
。アークヒータ−５１は米国特許第３，７０５９７５号
明細書に開示された構造及び動作に類似している。ァー
クヒーター５１は直流動力によって運転されるのが好ま
しいがこれに限定されるものではない。それはまた自己
安定型単相交流装置であってもよい。いずれの様式にし
ても約３５００キロワツトまでのもの、或は第５図に示
す三相装置の設置の場合には１０，０００キロワットま
での動力レベルのものであることができる。交流動力源
の三相の各々に対するヒーターの代りに３個のアークヒ
ーター装置を使用できる。２個のアークヒーター５３及
び５５を第５図に示す。

第２図においてアークヒーター５１はアーク５７を生じ
、且つ環状のガス導入口５９を含み、それを通してガス
は下方に流れて融解帯域７に入る。

粒子導入口６１はアークヒーター５１と融解帯域７との
間に備えられる。粒子（マグネタイト鉱石粒子５６）が
粒子導入口６１を通して導入されると、それらはガス流
すなわちガスジェット流６３と少くとも１６００午Ｃの
温度で混合され、ここで粒子は融解し、球状化する。粒
子５６が熱ガス流とよく混合されるように、ア−クで加
熱されたガス流の勢いに比べて充分に強い所定の勢いで
粒子を注入するように注意しなければならない。もし粒
子を注入する勢いが余り弱すぎると、粒子はガス流中に
入って行くことができず、従って充分に加勢されない。
またもし粒子を注入する勢いが強すぎると、粒子は熱ガ
スを通りぬけて反対側の壁面に衝突する。液状小瓶粒６
５がガスジェット流を離れると、小滴粒は冷却剤ガスま
たは水のような流体を液状滴粒６５上に頃霧するための
冷却剤導入口６７を備えた冷却帯域９を通り、それらが
冷却帯城９の下端に到達する前に固化する。冷却剤導入
口６７の代りに、或は補足して、冷却帯域９の下端に水
のような冷却用流体のたまり６９を備える。固化した球
状物出口７１が冷却帯城の底部に備えられ、その目的の
ためにスクリュウコンベアのような適当なコンベア７２
が備えられる。第３図に示す三相装置では、３個の電極
７７，７９及び８１が藤方向に配置され、、２個の鞠方
向に隔離して配置された間隙７８及び８０‘こよって分
離されている。

隔離間隙７８及び８０は一列の三相電極に接続し、アー
ク８２及び８４が３個の電極７７，７９，８１の間に図
示のように生ずる。第４図において、３個の電極８６，
８８，９９が鞠方向に並んで配置され、且つそれらが間
隔をおいて配置された隔離間隙９２及び９４によって隔
離されている以外は第３図の装置と同じである。

アーク９６と９８とは電極８６，８８及び９０の間に図
示のように生ずる。第５図に示すアークヒーター装鷹は
３個のアークヒーター（但し図には２個のアークヒータ
ー５３及び５を示す）が融解帯域７の中に下方に拡がる
ガスジェット流７３に対して水平方向に配置ごている点
で第２図のものとは異る。

原料マグネタィト鉱石粒子導入口７５がアークヒータ−
５３及び５５の上方に、且つ実質上融解帯域７の軸方向
に設直され、球状化した液状小滴粒はガスジェット流７
３を通って流れ、次いで冷却帯城９を通る。第５図の三
相アークヒーター装置では、高温加熱されたガス流また
はジェット流は融解帯域７の中で互に衝突し合う。

マグネタィト鉱石粒子（粒子）５６の流れは３個のジェ
ット流の衝突点を通って注入される。粒子はアークで加
熱されたガスジェット流中に拡散されて良好な混合と融
解とを生ずる。この装置においては粒子を鞠方向に入れ
て確実に熱ガス流中に同伴されるようにし、放射線上に
粒子を努よく導入するよう配慮されている。こうして得
られる均一な分散は液状小滴粒６５が望ましくない過度
に大きくなった粒子を生ずる団塊化の確率を減少させる
。三相放電構造の結果得られる動力波は３６０サイクル
の振動を含むが、その大きさは基礎の小部分（５％）以
下であり、ガス温度はほぼ一定で、その結果ほぼ完全な
球状物が得られる。発明の効果 結論として、この発明のアークヒーター伝導方法は、ガ
ス速度が中位に保たれて液体粒子の超微細化を避ける限
りにおいて、熱移動速度が非常に低いから、超微粒物質
の製造量が少なくなり、超微粒子が減少し、窒素及び空
気または空気及びスチームの循環法（クローズトループ
）操法のためにマグネタィトの化学の管理が改善され、
スチームは下記の壁面上に凝縮して、‘１｝固体対ガス
比を増大させ、かくして分離／補集工程を簡略化し、【
２｝冷たい湿った表面（これは粒子が蓄積しにくい）を
生ずるといった好都合な効果を生ずることから成る２倍
の利点を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図はマグネタィト球状物を製造するフローシートを
示し、第２図は１個のアークヒータ−装置の垂直断面図
を示し、第３図及び第４図は三相ァークヒーター構造の
断面図を示し、第５図は三相アークヒーター組体による
この発明の他の実施例の断面図を示す。 図中：５・・…・アークヒーター装置、７・・・・・・
融解帯城、９・・・・・・冷却帯域、１１・・・…貯糟
、１３・・・・・・導管、１５・・・・・・コンブレッ
サー、１７，１９，２３・・・・・・導管、２１・・・
・・・熱交換器、２５・・・・・・ガス−固体分離器、
２７・…・・導管、２９・・・・・・分級器、３９・・
・・・・冷却器、４１・・・・・・クリーナー、４３．
４５…・・・導瞥、４７，４９・・・・・・コンブレッ
サー、５１，５３，５５……アークヒーター、５６……
マグネタィト鉱石粒子、５７・・…・アーク、５９．．
・．．・ガス導入管、６１・・・・・・粒子導入口、６
３・・・・・・ガスジェット流、６５・・・・・・液状
小滴粒、６７・・・・・・冷却剤導入口、６９・・・・
・・冷却用流体のたまり、７１・・・，・・・固イ○球
状物出口、７２・・・・・・コンペアー、７３・・・・
・・ガスジェツト流、７５・・・・・・マグネタィト鉱
石粒子導入口、７７，７９，８１・・・・・・電極、Ｔ
８，８０・・・・・・隔離間隙、８２，８４…・・・ア
ーク、８６，８８，９０・・・・・・電極、９２，９４
・・・・・・隔離間隙、９６，９８……アーク。 ＦＩＧ．ｌ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アーク室を形成する、共通軸に沿つて間隔を置いて
   配置された、中空円筒状電極間の軸方向の間隔に電極ア
   ークを飛ばして電極間にアークの通路を形成させ、該間
   隙を通してガスをアーク室に導入してアークで加熱され
   た少なくとも１６００℃の温度をもつ細長いガスジエツ
   ト流を生じさせ、このアークで加熱されたガスジエツト
   流を５〜２１％の酸素含有雰囲気中で操作し、非球状マ
   グネタイト鉱石の粒子を所定の勢いでアークで加熱され
   たガスジエツト流中に導入して前記粒子を融解して液状
   小滴粒を生成させることによつて表面張力により球状物
   となし、得られた小滴粒を固体状態に冷却して球形を保
   持させることから成る、マグネタイト鉱石の熱融解によ
   る粒子状マグネタイト球状物の製法。 ２ マグネタイト鉱石粒子が４４〜１４９ミクロンの大
   きさをもつ特許請求の範囲第１項記載の製法。 ３ アークで加熱されたガスジエツト流が１５０〜１５
   ００キロワツトで処理される、特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の製法。 ４ 液体小滴粒を空気中で冷却する、特許請求の範囲第
   １項ないし第３項のいずれかに記載の製法。 ５ 液状小滴粒を水の噴霧中で冷却する、特許請求の範
   囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の製法。 ６ 液状小滴粒を貯水槽の中で冷却する、特許請求の範
   囲第５項記載の製法。 ７ 液状小滴粒を冷却室壁への輻射により冷却する、特
   許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の製
   法。 ８ マグネタイトの液状小滴粒を造るためのアークで加
   熱されたプラズマガスを生ずるための加熱装置及び前記
   小滴粒を冷却するための加熱装置の下方に設置した細長
   い室から成り、且つ前記室は液状小滴粒を該液状小滴粒
   より冷たい室の壁への輻射によるか、空気または水によ
   り冷却し、且つ適宜該室の下に設けられた貯水槽を備え
   てなる冷却装置を含む、粒子状マグネタイトを製造する
   のに使用する加熱装置。 ９ 加熱装置がアークで加熱されたプラズマガスを含有
   するための第１ハウジングを備え、冷却装置が第１ハウ
   ジングの下方にあつて且つ第１ハウジングと連結する第
   ２ハウジングを備え、該第２ハウジングは下端に粒子を
   除去する装置を備えてなる、特許請求の範囲第８項記載
   の加熱装置。 １０ 第２ハウジングの長さがその直径の少なくとも３
   倍である、特許請求の範囲第９項記載の加熱装置。