JPS61270342A - 冶金複合物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 冶金複合物及び方法 本発明は冶金複合物、及びこの複合物を使用する方法に
関するものである。

一見地では、本発明は金Ｊｉ！！酸化物鉱石と品質を向
上させた褐炭との複合物、及びこれを製造する方法を提
供するものである。

製錬方法を包含する、複合物を処理して金属酸化物を還
元する方法も又本発明で考察するものである。

本発明で使用する品質を改善した褐炭は、係続中の、１
９８４年８月２３日に公告のオーストラリア国特許出願
第２４２９４／８４号明ｌｌ書、及び（又は）同じく第
５２５９０／８６号明細書（ＰＧ９２８３）に記載の発
明の生成物が好ましい。

上記の係続中の特許出願用ａｍに記載の褐炭品質改善／
！１密化方法は、採掘したままの、水分含有量が約６０
％ある軟らかい砕けやすい、採掘したままの褐炭を、水
分含有量が約１０％の硬い摩滅抵抗力のある黒色固体に
転化する方法である。

方法では、採掘したままの水分含有量のある褐炭に、選
定した混線装置で、濃密化した最終生成物で必要とする
硬さ゛に基づいて、５分間又はこれ以下から１時間又は
それ以上まで変化させることのできる時間の間、せん断
／摩擦摩鉱を施１゜せん断は、本明細書では重要な種々
の機能を果たす。石炭を微粉末形態に転化し、元来石炭
の多孔質構造体の中に微細に分散されている水分含有量
の少なくとも一部をかさ高の液相に転化し、これが石炭
を湿めらせ、かつ可塑性にして、最後には非常に大きな
数と面積との新らしく開裂した石炭表面を生じる。これ
らの新らしく開裂した表面は、粒子間の架橋結合過程に
関係し、これが最後には石炭の塊を硬くし、かつ最初の
水分の大部を同時に排除し、かつ失ってはるかに濃密に
する。

密度は約０．８から１．４まで増加するが、珍しいこと
ではない。水分損失は急速に起こり（例えば、２０℃の
静止空気中ｒ２４時間に８０％）、かつ３日間から４日
間までのうちに最大硬度になる。摩擦摩鉱の後に、この
可塑性石炭に、適切な押し出し加工、あるいは高圧団鉱
化装置、例えばリングロールプレスを通して、有効な圧
力で圧密化を施す。詳細な実施例では、圧密化装置はね
じで作動するピストン・イン・バレル（ｐ＋５ｔｏｎ−
ｔｎ−ｂａｒｒｅｌ　）機械の形態をしていて、所望の
任意の長さに切断することのできる、直径が３ａ＋又は
１０厘のどちらかの円筒形試料を生じる。押し出し加工
中に加える圧力は、石炭粒子の新規に開裂した表面を強
制的に密接させて架橋結合を助長し、かつ結合の起こる
速度を非常に増強するのに重要であると考えられる。押
し出し加工中に使用する圧力は、高いほうが石炭の摩擦
摩鉱時間を著しく短縮させる。特に、効率の良い摩擦摩
鉱機械を使用する場合には、５分間はどの短時間あるい
はもつと短い時間で実施できるようになる。

採掘したままの褐炭を濃密化する工程で、せん断摩擦摩
鉱するのに必要な最小時１ｍは、石炭塊の中に識別でき
る湿気及び可塑性特性を生じさせるのに十分な時間であ
る。実際問題としては、必要条件は経験に基づく目視観
測で確かめる。時間は、ＪｔＩ擦摩鉱機械の運転速度、
機械でできるせん所作用の強さ、及び石炭を絶えずせん
断帯域に押し込む機の効率の関数である。

非常に短いぜん断時聞に関しては、石炭の水分含有量が
非常に決定的であり、低く過ぎる場合には機械の効率は
猛烈に低下する。経験では、水分含有量が６０重量％あ
る褐炭は、最適のせん断摩擦摩鉱特性を示すが、５４重
口％の近傍（又はこれより少ない）水分含有量では不十
分である。

こねまぜ軸速度が毎分４０回転及び２０回転、及び回転
子−内壁のすきまが０．３ａ＋で作動するシグマこねま
ぜ機械を使用して、ビクトリア（Ｖｉｃｔｏｒｉａ）及
びドイツ原産の種種の褐炭を、３０秒間のせんＩｌｉ摩
擦摩鉱で順次に転化して、押し出し加工のできる可塑性
状態にした。しかしながら、時間は使用できる機械の有
効性によって、程度が著しく左右されるので、３０秒は
本発明の特許請求の範囲に包含される最小時間と見なす
べきではない。採掘したままの褐炭を押し出し加工でき
る可塑性状態まで転化するのに十分な時間どれも適切で
ある。

実際問題としては、石炭粒子を縮小して限定された寸法
にする、せん断ｉ擦摩鉱時間の短いのは、次の押し出し
加工に高い圧力を使用して、ある程度補うことができる
ことを指摘するべきである。

実際、比較的乾燥している可塑性情では、押し出し加工
機の噴出口の領域で＾い圧力を生じることになる。

本発明の更に好ましい実施態様で、連続せん断押し出し
加工方法を提供する。非常に短い摩擦摩鉱時間で、小さ
い塊（５＃ｗ又はもつと小さい）の褐炭を連続的に、低
速度（毎分２０回転から４０回転まで）のシグマタイプ
せん断Ｓ擦摩鉱機械に仕込む連続操作ができる。この機
械の構造は、適切な位置にある排出ねじて引き出される
前に、必要な順序（上記したような）のせん所帯域中の
石炭に滞留時間を与えるように設計しである。排出ねじ
は、摩擦摩鉱された湿った石炭を、必要な押し出し圧力
を生じ、かつペレットを、生成直後に正当な負荷に耐え
るのに十分な硬さを与えるように設計しである押し出し
加工機の頭部に仕込む。

上記の機能を果たし、かつ排出ねじと押し出し機とを装
備して一体になっている機械は、ジアンケ　アンド　ク
ンケル　ジー・エム・ビー・エイヂ　アンド　カンパニ
ー　ケイ・エイチ　アイ・ケイ・エイ−ワーク　ベイン
ゲン＜Ｊａｎｋｅ　＆Ｋｕｎｋｅｌ　Ｇｏ＋ｂＨ＆　Ｃ
ｏ、　ＫＨＩＫ＾−Ｗｅｒｋ　８ｅｉｎｇｅｎ　）が製
作したシグマ　ネットマシン　エイチ・ケイ・ニス５０
　（Ｓｉｇｍａ　Ｋｎｅｔｍａｃｈｉｎｅ　ＨＫＳ　５
０）である。

１１察した有利な結果に対する仮定又は仮説のどんな機
構にも制限されたくはないが、濃密化は、開裂され／せ
ん断される石炭表向が十分間に合うようになるや否や、
適当な速度で進行し始めるものと考えている。これで、
石炭は摩擦摩鉱（せん断）帯域中の滞留時間か、高圧の
押し出し、又は圧縮装置中で、有効に押し出されること
のできる物質を生成するのにちょうど十分になる、連続
処理のできる改良を更にすることになる。

この方法で作った、濃密化した褐炭の乾燥したペレット
の性質の研究では、これらは漸進的に高温に加熱すれば
、その形状を維持し、かつ多くの場合ずつと硬くなるこ
とを示した。３００℃と４００℃との間では水蒸気の形
態の揮発物及び低分子量の有機質物質（主としてフェノ
ール）が放出される。５００℃よりも高温では永久気体
だけ（主として水素、−酸化炭素、二酸化炭素及びメタ
ン）が生成する。濃密化褐炭の研究では、一定の冶金上
の適用、例えば複合物ペレットが将来有用になる可能性
のあることを示した。

観察した本発明の有利な結果に関する仮定的な又は理論
的などんな機構にも制限されたくはないが、下記の考察
が重要であると信じている、（２）　採掘したままの６
炭を摩擦１？鉱して、前記の湿気のある、すなわち湿っ
た可塑性の塊を作れば、細かに砕いた金ａ鉱石又は精鉱
のような、微粉末にした粒状物質を有効に混合するため
の適切な媒介物を提供し、 （ハ）　摩擦摩鉱して微粉砕した石炭の微粉状態は、金
属鉱石粒子と、可塑化させた石炭粒子との非常に緊密な
物理的結合をしやすくし、後者は強力な還元剤として作
用し、 （ｃ）　ｉｍｌ密化反応中にペレットから自然蒸発によ
る水分損失が起こり、それで冶金のために比較的急速に
加熱するのに特に適している、硬化した乾燥ペレットを
生じ、 ゆ　約５００℃よりも高温に加熱すれば、ｍ密化した褐
炭は実質的な量の強運性特性のガス混合物を発生し、 （ｅ）　　熱分解又は低温炭化の後に、ペレットは還元
しようとする相と非常に緊密に結合する、反応性の高い
形態の残留炭素を生じる。これと関連して、褐炭チャー
は有効、かつ迅速な冶金還元剤であることが公知である
ことを指摘しておく。濃密化した褐炭中には、反応性炭
素の外に、水素、詳細には、発生期形態の水素が存在し
て、還元反応を非常に大きく増強する。

微粉末にした鉱石及び精鉱、詳細には酸化物鉄鉱石は湿
った可塑性石炭と容易に混合し、かつ後者の摩擦摩鉱中
に添加すれば、滑らかな均一な混合物を得ることを大規
模な実験研究で確立した。

このような混合物は押し出し加工、又は団鉱化が容易で
あり、かつこうして作ったペレット又は団鉱は乾燥して
、意外な程度まで硬化した。若干の場合には、硬化した
生成物はむしろ減圧空気乾燥強度を示すが、これは熱分
解でたびたび元通りになる。他の場合には、無機質相と
石炭成分との間に明白な反応が起って、乾燥生成物の強
度が著しく増加する結果になる。

種々の複合物の冶金的挙動を後に示す実施例で説明する
。

研究中に、褐炭複合物ペレットでは非常に速度の速い還
元を行うことができることが明白になった。既に述べた
ように、系の還元力に実質的に寄与するのは、新規放出
の原子水素、あるいは複合物の予備加熱中に発生する発
生期の水素のようで１　　　ある。ポリヒドロキシ　フ
ェノールは熱分解水素に大きく貢献しているようである
が、他の反応性種も包含することができる６還元しよう
とする相に非常に密接して原子水素が放出されれば、固
体の鉱石粒子を非常に速く、かつ有効に還元する可能性
がある。

要約すれば、本発明による複合物は、 （２）　微細な粒状゛の鉱石又は精鉱の一低温時の一有
効な結合、 ０　生の複合物ペレット又は団鉱の、乾燥するための取
り扱い、及び次の予備加熱、又は「熱分解」炉に仕込む
ことが十分にできる、充分な強度、（ｃ）　酸化物鉱石
、詳細には、例えばクロム鉄鉱のようなほかの物を含有
する鉄酸化物鉱石の迅速かつ能率的な還元、 に）　部分的に、又は実質的に金属化したペレット、あ
るいは団鉱の両方を、炭素と一緒に、製錬炉、詳細には
、最近の新しい溶製錬技法を使用する炉に、同時に運搬
する理想的な装置、初　現今入手することできる種々の
タイプの、予備還元した鉄鉱複合物で経験するような、
再酸化又は発火挙動を示す危険がなく、容易に取り扱い
、輸送及び貯蔵することができる、還元した／金属化し
たペレットあるいは団鉱、 を提供することができるという点で著しい利点を示す。

一定の塩基金属鉱石及び精鉱、例えば亜鉛精鉱を含有す
る有用な複合物も作ることができる。

実施例１ 本予備実験では、濃密化した褐炭−鉄鉱複合物を、下記
のようにして調整し、次に加熱して放出ガスのタイプ及
び量を測定した。

酸化鉄７５％を含有する、乾燥したＩｖＭ化褐炭−鉄鉱
複合物ペレットを、実施例２に記載する方法を使用して
調整した。オーストラリア国の鉱床のビクトリア州（Ｖ
ｉｃｔｏｒｉａ）　、ラドローブ・バリー　（Ｌａｔｒ
ｏｂｅ　Ｖａｌｌｅｙ）から採掘のロイ　ヤング（Ｌｏ
ｙ　Ｙａｎｋ）石炭を使用した。４００℃の窒素雰囲気
中で予備熱分解させて、水分及び低分子針の有機質揮発
物を除去した後に、ペレットを、真空装置に取り付けで
あるシリカ管に入れた。

ポンプの予備吸引で空気を全部除去したときに、ペレッ
トは温度を漸進的に上げて９００℃にした。

異なる三種類の温度で、放出されるガスの試料を、質ｍ
分析計で分析するために取り出した。主長なガスは、水
素、−酸化炭素、二酸化炭素、メタン及び少量の水蒸気
であることが分かった。最初の四種類の生成物の、三種
類の温度のときの、概略の相対分圧を第１図に示す。

６００℃では水素が最も多聞の成分であり、続いて一酸
化炭素、及び二酸化炭素（はぼ等しい）でありメタンが
最も少ない、温度を９００℃まで上げるにつれて、水素
の放出ははるかに顕著になったが、−酸化炭素の放出も
増加した。二酸化炭素は著しく減少し、かつメタンは減
少の程度が少なかった。

この実験から、濃密化したペレットは、高温に加熱すれ
ば、強い還元性雰囲気を生じることが明白である。この
雰囲気は、複合物ペレット又は団鉱の中の固体の反応性
炭素又は発生期の水素による、どのような直接還元作用
の外にも追加して強い還元作用を示す。

実施例２ 複合物ペレットは種種の割合の酸化鉄微粉末、及びオー
ストラリア国、ビクトリア州、モアウェル（Ｈｏｒｗｅ
ｌＪ　）産（Ｎ３３７２ボア・ホール（ｂｏｒｅ　ｈｏ
ｌｅ　）　）の石炭で作った。

各場合に、採掘したままの石炭（水分６０％）２００ｇ
を、係属中のオーストラリア国特許出願第２４２９４／
８４号明細書に記載のシグマ−タイプこね混ぜ機で４時
間こね混ぜした。こね混ぜを終える１５分前に、選定し
た重量の酸化鉄微粉末（実！Ａ至試薬物質）を可塑性の
塊に加え、次にこね混ぜを、完全に混合された滑らかな
可塑性の塊を得るのに十分な長い間継続した。次に、こ
れを手動操作ねじ式押し出し機で押し出して、直径が最
初には１０重ｗ（乾燥後約８　ｍ　）で、長さが１０１
から２０重ｇまで変化する円筒形ペレットにした。ペレ
ットは、２０℃で７日間、実験室の静止空気中で乾燥さ
せ、かつ硬化させた。乾燥したペレットは、次に、窒素
ガス気流中で、最初は１時間、３００℃から４００℃ま
での範囲の温度に維持して、残りの水分及び低分子量有
８１質揮発物を除去し、続いて温度を７００℃に上げて
１時間史に加熱した。後者の加熱時間は、関係している
温度範囲で、検出できる還元が、検出できるか否かを決
定するように立案した。−例では（下記参照）、この場
合、石炭の熱分解で発生する還元性雰囲気中でペレット
を１０７０℃に加熱した。

ペレットは、酸化鉄１０重同周（乾燥した石炭の重量を
基準にして）、３０重量％、５０重量％、及び７５重（
至）％で作った。１０重複合物では、平均破砕強さは、
酸化鉄を全く含有しない匹敵するペレットについての３
０ＭＰａと対比して、１７ＭＰａであり、熱分解させれ
ば、酸化第二鉄１０％のペレットは２０ＭＰａに達する
平均破砕強さの増加を示し、熱分解中に結合が更に進む
ことを示した。

乾燥した濃密化石炭ペレットの圧縮／粉砕強さを測定し
、続いて、試験しようとするペレットの高さく）（）及
び直９！Ｉ（Ｄ）をマイクロメーターで測定した。

次にペレットを万能材料試ｙｉｕａ＜ティリアスオルセ
ン　テスティング　マシン社（Ｔｉｒｉｕｓｏ　１　ｓ
ｅｎ丁ｅｓｔｉｎｇ　＋４ａｃｈｉｎ　Ｃｏ、　　）　
、ライロー・グローブ、ビー・ニー（Ｗｉｌｌｏｒ　Ｇ
ｒｏｖｅ、　Ｐａ、　）　）　（Ｄ金敷の上に置き、か
つ軸方向の荷重を、平向の端から向う側に、破壊が起こ
るまで加えた。

圧縮強さσ。を、下記の式に従って、力Ｆ（ペレットが
耐える最大荷重から測定）から計算した、σ　−（４Ｆ
／πＤ　　）　　（＋−１／Ｄ）　　”５複合物は全部
、７００℃で熱分解した後に、強磁性（詳細には鉄石：
ｉＩ！密化石炭混和物が７５＝２５）になり、還元鉄の
生成を示した。

ある実験では、Ｆｅ２０３７５％を含有するペレットを
、真空装置に取り付けたシリカ管に入れた。５００℃ま
で加熱しながら、管からガスを全部ポンプで排気した。

次に、管をポンプから切り離し、かつ温度が更にほぼ一
様な速度で１０７０℃まで上昇するにつれて、圧力変化
を測定した。

これらの測定結果を第２図に°示す。約９００℃で、非
常に急速な圧力上界が始まり、全圧力を１気圧よりも低
くしておくためにガスをポンプで排出することが必要に
なった。実験を終えるまで、実質的なガス発生が継続し
た。本実験で記載した現象は酸化鉄を含有するペレット
の特徴を示し、かつ酸化物と石炭から誘導された種との
間の化学反応を暗示している。

８００℃では主反応は、放出される水素で酸化鉄が還元
されて、水が生成しているようである。

この反応は約９００℃で一酸化炭素と炭素とを包含する
還元反応で補われて、全ガス圧力が正味実質的に増加し
ているようである。この実験の終りに、ペレットは、強
い強磁性ではあるが、目で見て分かる金Ｂ鉄を示さなか
った。不活性雰囲気の中の直流アークで、電極としてペ
レットを使用して、なお更に温度を上げた場合には、極
めて迅速に可鍛鉄の小球体を生成した。

上記のように７００℃で予備熱分解した後に、Ｆｅ２０
３７５％を含有する複合物ペレットを、１５００℃に維
持しである液体の鉄の浴に浸漬して、更に試験をした。

浸漬すると即座にガスの放出が開始し、かつ３０秒とい
う浸漬時間中継続した。ペレットは崩壊しなかったが、
ガス放出を続け、同時に、急速に液体鉄に溶解した。溶
解速度は、予備熱分解中に、炉壁との接触で最高温度を
維持したペレットのその側面で、最大であり、ペレット
のその帯域に恐らく還元の進んだ鉄が存在し、従って、
液体の鉄による作用の速度を増強したのであろう。この
実膿では、予備還元状態の複合鉄ペレットは、新規の溶
製錬技法によって、鉄と炭素との両方を製鋼炉に供給す
る仕込み物質として使用することができることを証明し
ている。

本発明は一般的な見地において、上記の特定の細部に制
限されるものでないことが明確に理解されるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は酸化鉄と褐炭との複合物を加熱して発生する主
要ガス成分の３種類の温度での分圧を示し、 第２図は酸化鉄と褐炭との複合物を加熱して発生するガ
ス圧力の変化を示す。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）冶金複合物の製造において、下記の工程、（ａ）
   褐炭にせん断力を作用させて、可塑性の塊を作り、 （ｂ）微粉末にした鉱石及び（又は）精鉱を、工程（ａ
   ）の間、あるいは後のどららかで石炭と混合し、（ｃ）
   工程（ｂ）で作つた混合物を圧密して圧密塊を作り、 （ｄ）圧密塊を乾燥して、冶金複合物を作る、を特徴と
   する、冶金複合物の製造方法。
2. （２）圧密工程（ｃ）を混合物の押し出しによつて行う
   、特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
3. （３）乾燥工程（ｄ）を環境温度、あるいはその近くで
   行う、特許請求の範囲第（１）項に記載の方法。
4. （４）鉱石は鉄鉱又はクロム鉄鉱である、特許請求の範
   囲第（１）項に記載の方法。
5. （５）鉱石又は精鉱は亜鉛鉱又は精鉱である、特許請求
   の範囲第（１）項に記載の方法。
6. （６）鉄鉱及び品質を改善した褐炭を含有する冶金複合
   物の製造において、下記の工程、 （ａ）褐炭にせん断力を作用させて、可塑性の塊を作り
   、 （ｂ）微粉末にした鉄鉱を、工程（ａ）の間か又は後の
   どちらかに、石炭と混合し、 （ｃ）工程（ｂ）で作つた混合物を押し出して、ペレッ
   ト形態の圧密した押し出し成形品を作り、かつ（ｄ）ペ
   レットを環境温度で乾燥する、 を特徴とする方法。
7. （７）特許請求の範囲第（６）項に記載の方法で作つた
   複合物を、鉄鉱を還元して金属鉄にする温度まで加熱す
   ることを特徴とする鉄製錬方法。
8. （８）特許請求の範囲第（６）項に記載の方法で作つた
   複合物を、液体鉄の浴中で加熱することを特徴とする鉄
   製錬方法。
9. （９）特許請求の範囲第（６）項に記載の方法で作つた
   複合物に、７００℃までの温度で予備熱分解を施し、続
   いて約１５００℃の温度で液体鉄の浴に浸漬することを
   特徴とする鉄製錬方法。