JPH0123531B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は微細な酸化鉄含有材料からその中に
あるすべての酸化鉄を金属鉄に還元するのに十分
な量の内部炭素を含有している高強度塊状体を製
造する方法に関する。 微細な鉄精鉱及び製鋼工場の廃棄ダストの様
な、微細な、酸化鉄含有材料を製鋼炉に装入され
た時酸化鉄を金属鉄に還元するのを早める目的で
内部に炭素を含有しているペレツトの形にするの
は良く知られている。この様な方法は米国特許
2793109号（ヒユーブラー（Huebler）等）、
2806779号（ケース（Case））、3264092号（バン
（Ban）、3333951号（バン（Ban））3386816号
（イングリツシユ（English））、3770416号（ゴク
セル（Goksel））3938987号（バン（Ban））及び
カナダ特許844592号（ボリン（Volin）等）に例
示されている。 炭素質材料が全酸化鉄を金属鉄に還元するのに
十分な量存在するとペレツトの破砕抵抗又は圧縮
強度に逆に作用する傾向があることは一般に認め
られている。このことに関して、ケースの特許
2806779号とバンの特許3264092号が塊状化型の石
炭の使用とそれから石炭を乾留するためにペレツ
トを約871―1260℃（1600―2300〓）の温度に加
熱しそれによつてペレツトのためにチヤー結合を
作ることを教示している。バンの特許3938987号
は、褐炭、亜歴青炭、無煙炭及び粉コークスの様
な塊状化していない石炭が炭素質材料として使用
される時、その量は製鋼炉向けに十分な強度をも
つペレツトを作るため酸化鉄を金属鉄に還元する
に必要な量の約40〜80％でなければならないと教
えている。イングリツシユの特許3386816号は、
コークスを８％しか含んでいないペレツトの圧縮
強度は26.3Kg（58Lbs）でこれはほとんどの製鋼
法向けには低過ぎて受け入れられないと一般に考
えられていると教えている。 本発明の主な目的は微細な、酸化鉄含有材料を
全酸化鉄を金属鉄に還元するに少なくとも十分な
量の炭素質材料を含有しなおかつ高い圧縮強度を
有する硬化塊状体に形成する安価な方法を提供す
ることである。 本発明の他の目的は製鋼炉向け装入物として適
するこのような塊状体を製造する方法を提供する
ことである。 本発明のその他の面、利益、及び目的は以下の
詳細な説明及び追加した特許請求の範囲を見れば
当業者にとつて明らかになるであろう。 本発明によれば、圧縮強度が少なくとも45.4Kg
（100lbs）で酸化鉄の大部分を有し全酸化鉄を金
属鉄に還元するに十分な量の炭素質材料を含んで
いる硬化塊状体は、歴青炭チヤー、無煙炭、褐炭
チヤー、コークス、木炭、黒鉛及び類似物の如き
揮発分（乾量基準）の量が約20重量％か又はこれ
以下の天然のまま又は熱分解した炭素質材料を利
用することによつて製造される。揮発分の量が高
く全酸化鉄を金属鉄に還元するに十分な量である
炭素質材料を含有する熱水硬化した酸化鉄塊状体
は多くの用途に対して破砕抵抗又は圧縮強度が低
くて受入れられない。全く思いがけなく、かかる
塊状体の圧縮強度を揮発分（乾量基準）の量が約
20重量％以下の天然のまま又は熱分解した炭素質
材料を用いることによつて著しく増大できること
がわかつた。 さらに明確には、本発明の方法は微細な酸化鉄
含有材料、全酸化鉄を金属鉄に還元するに少なく
とも十分な約20重量％以下の量の揮発分（乾量基
準）を有する天然のまま又は熱分解した炭素質材
料、カルシウム及びマグネシウムの酸化物、水酸
化物、炭酸塩及びこれらの混合物からなる群から
選んだ結合剤の約１ないし約30重量％、及び珪酸
質材料（有効SiO₂として）の０ないし３重量％、
からなる加水混合物を製造する工程；できた混合
物を個々の生の塊状体に形成する工程；及び硬化
した、完全に結合した塊りに形成するのに十分な
時間スチームを接触することによつて生の塊状体
を熱水硬化する工程；を含んでいる。 この方法は、鉄精鉱及び製鋼工程から副産物と
して回収した所謂「製鋼工場廃棄酸化物」、又は
BOF、平炉、高炉及び電炉の排煙から集じんし
たダスト、ミルスケール粉、沈降室ダスト、ペレ
ツト化鉄鉱から分離した微粉を含んでいる鉄分に
富む（例えば鉄分30―80％）固体粒子又は微粉か
ら硬化塊状体を製造するために使用できる。ここ
で用いた「酸化鉄含有材料」なる用語には鉄精
鉱、製鋼工場の廃棄酸化物、又はこれらの混合物
を含む。この方法は好ましくは鉄分約45〜70％及
び残部が脈石と酸化物を含んでいる高品位鉱又は
精鉱の形である赤鉄鉱又は磁鉄鉱のような鉄鉱石
から高強度の塊状体を製造するのに特に適してい
る。したがつて、この方法では出発材料として用
いられる鉄精鉱について述べることにする。 出発混合物は先づ鉄精鉱、炭素質材料、結合
剤、珪酸質材料及び個々の塊状化した塊り又はペ
レツトに形成できる加水混合物を形成するに十分
な量の水分を互に十分混合することにより製造さ
れる。 炭素質材料はその揮発分（乾量基準）が約20重
量％以下、好ましくは約10重量％以下である限り
では天然産あるいは熱分解したもののいずれでも
よい。熱分解した炭素質材料は揮発分の量が低い
ので一般に好ましい。 代表的に好適な天然の炭素質材料には揮発分の
少ない無煙炭、黒鉛及び類似物が含まれる。 ここで用いられた用語「熱分解した炭素質材
料」とは、天然に産出する高炭素質材料を揮発物
質、主として有機物質の大部分を追出するために
酸素のない状態で高温度に加熱して作られた固体
産物を意味する。代表的に好適な熱分解した炭素
質材料には非粘結性の歴青炭、亜歴青炭及び無煙
炭から作られたチヤー、褐炭チヤー、木炭、歴青
炭から作られたコークス、粉コークス、石油又は
石炭のタールピツチ、及びこれらの混合物が含ま
れる。これらの中、歴青炭チヤー、褐炭チヤー及
び粉コークスが価格が低いので好ましい。 好適な結合剤にはカルシウム及びマグネシウム
の酸化物、水酸化物、炭酸塩及びこれらの混合物
が含まれる。生石灰（CaO）及び消石灰（Ca
（OH）₂）は、結合剤としての働きをするのに加
えて、塊状体が製鋼工程で使用されるときこれら
は造滓化や脱硫を助けるので好ましい。 用いられる結合剤の量は出発混合物中の乾燥固
体の全重量を基にして約0.1ないし約30重量％で
ある。約0.1重量％より少ないと、硬化したペレ
ツトは取扱い、貯蔵及び輸送の間に普通に課せら
れた負荷に耐えるのに十分な破砕抵抗又は圧縮強
度を持たない。また一方では、30重量％より過剰
の結合剤は、それほど圧縮強度を増大させず、最
終塊状体中の酸化鉄品位を好ましくないレベルに
うすめることになり、そして溶融中過剰量のスラ
グを造ることになる。好ましい結合剤の量は約２
ないし約10重量％である。 もし酸化鉄含有材料が、熱水硬化状態の間に結
合剤と反応して珪酸塩結合又はハイドロ珪酸塩結
合ができる多少の量（例えば約0.5重量％以上）
の有効SiO₂を含有していると、珪酸質材料を出
発混合物に添加しなくても、約90.7Kg（200lbs）
までの圧縮強度を有する硬化ペレツトが得られ
る。比較的有効SiO₂の量が少ない高品位鉄精鉱
に対しては、全乾燥固体重量を基にして３重量％
までの有効SiO₂を含む天然又は加工した珪酸質
材料が出発混合物に添加される。この混合物中の
全有効SiO₂は、酸化鉄含有材料の一部としてあ
るいは珪酸質材料とともに添加されるかのいずれ
かで、少なくとも0.5重量％にすべきである。 代表的に好適な珪酸質材料には微細に粉砕し石
英、シリカ砂、ベントナイト、ケイソウ土、フラ
ー土、ナトリウム、カルシウム、マグネシウム及
びアルミニウムの珪酸塩、及びこれらの混合物が
含まれる。これらの中、微細に粉砕した石英及び
シリカ砂が好ましい。 結合剤及び珪酸質材料に加えて、硬化塊状体の
強度を一層増すために他の強化添加物を出発混合
物に含有させることができる。例えば、アルカリ
金属（例えばカリ及びナトリウム）の酸化物、水
酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、重硫酸塩、
硼酸塩及びこれらの混合物を３重量％の範囲まで
添加できる。これらの中、水酸化ナトリウム、炭
酸ソーダ及び重炭酸ソーダが好ましい。硬化塊状
体が高炉への装入物として用いられる時これら強
化添加物がいくらか存在するのは望ましくないと
考えてよい。このような場合、かかる添加物を省
略しても塊状体の強度が著しく低下することはな
い。使用する場合、強化添加物の好ましい量は約
0.15から約１重量％である。 出発混合物に含まれる水分の量は、材料の物理
的性質及び用いられた個々の塊状化技術によつて
変る。例えばボーリングドラム又はデイスクを用
いるペレタイジング法が球状ペレツト用に使用さ
れる時は、加水された出発混合物中の全水分量は
一般に約５ないし約20重量％、好ましくは約10な
いし15重量％にすべきである。一方、団鉱プレス
が用いられる時は、加水された出発混合物中の水
分量は約３ないし約15重量％、好ましくは約５な
いし10重量％にすべきである。 出発混合物に含まれた各種固体材料の平均粒子
寸法は普通約10メツシユから約325メツシユの範
囲でよく、好ましくは全部が約200メツシユ以下
であるのがよい。粒子の大きさが約100メツシユ
よりも粗いと成分が均質な混合物が得られず、あ
る場合には、硬化塊状体における必要な高強度結
合を得るのに十分な表面積ができない。なお又、
粗いペレツトを含んでいる混合物からペレツトを
形成するのは困難である。好ましくは、出発混合
物中の全固体材料の少なくとも半分の平均粒度が
ペレタイジングに対しては200メツシユ以下であ
る。ブリケツトはもつと粗い粒子で製造できる。 低揮発分の、天然産及び熱分解した多くの炭素
質材料には混合工程の間に水を吸収する傾向のあ
る小さな毛細管様の孔又は空洞がある。この遊離
の内部水分は過剰の量が孔又は空洞にあると、熱
水硬化工程の間にスチームに変る傾向があり、圧
縮強度における低下をもたらし時にはひび割れ又
は砕裂することがある。これは炭素質材料中の遊
離内部水分の実質的な部分が孔又は空洞から表面
に移動するに十分な時間加水混合物を静置又は放
置することよつて最小にできる。 この保持又は休止の工程に対する時間及び条件
は用いられている炭素質材料及び結合剤の主とし
て個々の種類によつて著しく変え得る。過剰の内
部水分を炭素材料中の孔又は空洞から除くのは加
水混合物の高温度に加熱することによつて促進で
きる。生石灰及び又は酸化マグネシウムが結合剤
として用いられる時は、これらは存在する水分と
反応して水酸化物をつくる。この発熱水和反応は
遊離内部水分の粒子表面への移動を早める傾向が
あり、結果として必要な放置時間を外部加熱なし
に短縮する。 一般的な指針として、塊状化に先行する加水混
合物は約0.5ないし48時間、好ましくは約２ない
し約３時間、約60ないし90℃の温度に放置してお
く。より高い温度と圧力が使用できるが、運転費
が高くなるため望ましくない。生石灰又は酸化マ
グネシウムが結合剤として用いられる時は、発熱
水和反応を利用するために加水混合物は密閉した
断熱コンテナーの中に置かれる。 加水混合物は次いで、造型、団鉱、ペレツト
化、押出し及び類似法の様な慣用の塊状化技術に
よつて、意図する最終用途向の所望の大きさ及び
形状をもつた生の塊状体に成形される。ボーリン
グデイスク又はボーリングドラムによるペレタイ
ジングは運転費が安いので好ましい。 球状のペレツトを成型するとき、生の塊状体は
一般に直径が約５ないし約25mm好ましくは約10な
いし約20mmである。団鉱が用いられる時は、塊状
体は好ましくは球形類似又は卵形で大きい方の直
径が約75mmまでの範囲である。もし所望であれば
もつと大きなペレツト及び団鉱が使用できる。 熱水硬化工程に先立つて、生の塊状体を遊離水
分が約５重量％以下好ましくは約３重量％以下に
乾燥することによつて硬化塊状体の破砕抵抗又は
圧縮強度を増加することができる。この乾燥は、
乾燥温度を炭素質材料の分解温度にして用いて、
生の塊状体を炉の中に置くか又は加熱したガスを
その上に吹付けるような慣用の手段で達成でき
る。遊離水分を約５重量％以下に減少させるに必
要な時間は用いた乾燥温度、生の塊状体の水分
量、乾燥ガスの流速、含水率低下のレベル、生の
塊状体の大きさ及び形等に依存する。 その中で塊状体が水分の存在下で高温に加熱さ
れて個々の粒子を硬化及び結合して完全な高強度
の塊りになるオートクレーブの如き反応室又は圧
力容器の中に生の塊状体を入れる。この熱水硬化
工程によつて作られた硬化塊状体の圧縮強度はあ
る程度用いる温度、時間、雰囲気の湿分に依存す
る。 生の塊状体への熱の適用は多くの方法の中のど
の方法によつても達成できる。スチームの使用は
熱水反応に必要な熱と水分のもとを同時に提供す
るので好ましい。飽和スチーム又は実質的に飽和
したスチームのいずれかが用いられる。過熱スチ
ームは強度の低下した硬化塊状体をつくる傾向が
ある。したがつて、飽和スチームかこれに近い温
度と圧力のスチームが好ましい。一般に約100な
いし約250℃、好ましくは200ないし約225℃、の
範囲の温度を用いれば正当な時間内で生の塊状体
の所望の硬化を達成するのに十分である。 実質的に大気圧より高いオートクレーブで加圧
した圧力は硬化時間を低減し硬化塊状体の強度を
向上するために好ましい。一般に経済的条件とし
ては、最大圧は約35気圧を超えるべきでなく約10
ないし約25気圧の圧力が好ましい。 ペレツトを反応室又は圧力容器に保持する時間
は反応室の圧力、温度、雰囲気、ペレツトの大き
さ、及び組成のような各種の工程変数に依存す
る。どの場合においても、この保持時間は結合剤
が有効SiO₂中に珪酸塩及び又はハイドロ珪酸塩
結合をつくり、個々の粒子を硬化した高強度の状
態に結合するに十分でなければならない。より高
温、高圧が用いられる時、熱水硬化に要する時間
は一般に約５分から約15時間で好ましくは30ない
し60分である。 硬化塊状体は反応室から移されて、冷却後すぐ
使用できる。高温の硬化した塊状体は普通約1.5
％の遊離水分を含んでおり、大概の用途に適する
圧縮強度特性を有する。硬化した塊状体の圧縮強
度は、実質的に遊離水分の全部を塊状体から除く
ために、好ましくは反応室から移動後すぐに、そ
して実質的な冷却がおこる前に急速乾燥すること
によつて増加できる。この乾燥は使いやすい方法
で実施できる。 本発明の方法で作られた硬化塊状体の最低圧縮
強度は塊状体の大きさによつて変化する。例えば
直径が12〜15mmの球状ペレツトは圧縮強度が少な
くとも45.4Kg（100lbs）である。そして直径が約
30mmのものの圧縮強度は約90.7Kg（200lbs）の附
近又はこれ以上である。 一層の労作を要せずに、当業者は以上の説明か
ら本発明を最大限に利用できると思う。以下の実
施例は本発明を例示するためのものであり、これ
によつて本発明を限定すると解釈されるべきでな
い。 実施例 酸化鉄全部を金属鉄に還元するのに十分な量を
もつた別々の炭素質材料を含んでいる硬化磁鉄鉱
ペレツトの破砕抵抗又は圧縮強度を評価するため
に一連の試験が行われた。出発混合物に調合され
た成分はローラー又は強力ミキサー中で均一水分
混合物を得るのに十分な時間互いに混合された。
混合物から生の、球形状ペレツト（15mm）が慣用
のボーリング装置で製造された。生ペレツトは水
分約０〜３重量％に乾燥され、次いで高圧蒸気オ
ートクレーブに移された。オートクレーブは加熱
され、温度210℃、圧力22気圧で１時間維持され
た。冷却後ペレツトの圧縮強度はデイロン
（Dillon）試験機で測定された。これらの試験の
結果をまとめると第１表の通りである。

【表】 (a) ダイカライト、ジエネラルリフ
ラクトリー社からのケイソウ土
これらの結果から、低揮発分（無煙炭）又は熱
分解した（歴青炭チヤー、褐炭チヤー及びコーク
ス）炭素質材料を含んでいるペレツトは圧縮強度
が45.4Kg（100lbs）以上であることがわかる。高
揮発分（歴青炭及び褐炭）の炭素質材料を含んで
いるものについて見ると実質的に圧縮強度が低
い。非粘結歴青炭、褐炭及び他の低級炭素質材料
からのチヤーを使用するのはこれらの材料が低コ
ストであり、熱分解工程の間に追出された揮発分
は燃焼して熱源として使用出来るために特に有利
である。 前述の説明から、当業者は容易に本発明の本質
的な特徴を確認でき、かつ本発明の真意及び範囲
からはずれることなく種々の変化や変更を行つて
本発明を種々の用法及び状態に応用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧縮強度が少なくとも45.4Kg（100Lbs）であ
   る自己還元性塊状体を微細な酸化鉄含有材料から
   製造するに際し、 (a) 酸化鉄含有材料；20重量％（乾量基準）以下
   の揮発分を有する、少なくとも全酸化鉄を金属
   鉄に還元するのに十分な量の天然のまま又は熱
   分解した微細な炭素質材料；カルシウム及びマ
   グネシウムの酸化物、水酸化物、炭酸塩及びこ
   れらの混合物からなる群から選んだ微細な結合
   剤の１ないし30重量％；及び出発加水混合物中
   の全有効SiO₂が該出発混合物の全乾量固体を
   基にして少なくとも0.5重量％となるような量
   であり且つ前記結合剤と反応して珪酸塩結合又
   はハイドロ珪酸塩結合を形成できる微細な珪酸
   質材料；からなる前記加水した出発混合物を製
   造する工程； (b) 該炭素質材料の細孔中にある遊離の内部水分
   の実質的な量がその表面に移動するのに十分な
   時間該出発混合物を放置しておく工程： (c) 該出発混合物から個々の生の塊状体を形成す
   る工程； (d) 該生の塊状体を乾燥して水分の量を５重量％
   以下にする工程；及び (e) 該結合剤が前記有効SiO₂によつて珪酸塩結
   合又はハイドロ珪酸塩結合を形成し且つ硬化し
   た完全に結合した塊をつくるのに十分な時間
   100ないし250℃の温度でスチームと接触させる
   ことによつて該生の塊状体を熱水硬化する工
   程；からなることを特徴とする自己還元性塊状
   体の製造方法。 ２ 前記結合剤が酸化カルシウム若しくは水酸化
   カルシウムである特許請求の範囲第１項記載の方
   法。 ３ 該珪酸質材料がシリカである特許請求の範囲
   第２項記載の方法。 ４ 該炭素質材料が歴青炭チヤー、無煙炭、褐炭
   チヤー、木炭、コークス、黒鉛及びこれらの混合
   物からなる群から選ばれる特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ５ 該炭素質材料が歴青炭チヤー、褐炭チヤー、
   又はこれらの混合物である特許請求の範囲第４項
   記載の方法。 ６ 該炭素質材料の揮発分の量が10重量％以下で
   ある特許請求の範囲第４項記載の方法。 ７ 該含水混合物が出発混合物中の乾燥固体の全
   重量を基にして３重量％以下の、アルカリ金属の
   酸化物、水酸化物、炭酸塩、重炭酸塩、硫酸塩、
   重硫酸塩、ほう酸塩、第四水酸化アンモニウム、
   第四塩化アンモニウム、第四アンモニウムアミン
   及びこれらの混合物からなる群から選んだ強化添
   加物を含んでいる特許請求の範囲第４項記載の方
   法。 ８ 該強化添加物が水酸化ナトリウム、炭酸ソー
   ダ、及び重炭酸ソーダからなる群から選ばれる特
   許請求の範囲第７項記載の方法。 ９ 該酸化鉄含有材料が鉄精鉱である特許請求の
   範囲第４項記載の方法。 １０ 前記(b)工程が60ないし90℃の温度で0.5な
   いし48時間行われる特許請求の範囲第１項記載の
   方法。