(57)【要約】  複合体製品及び複合体製品を製造する方法が開示される。複合体製品は、（ａ）ポリマー材料結合剤及び金属を含む材料、又は（ｂ）ポリマー材料結合剤及び炭素を含む材料を含む。５の方法は、複合体製品の構成要素を加熱及び混合した後、加熱された混合物を最終製品の形状に形成することを含み、加熱工程は、ポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分なものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ポリマー材料結合剤及び金属を含む材料、又は（ｂ）ポリマー材料結合剤及び炭素を含む材料、の形態にある複合体製品を製造する方法であって、前記複合体製品の構成要素を加熱及び混合した後、加熱された混合物を最終製品の形状に形成することを含み、前記加熱工程が、前記ポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分である、方法。
【請求項２】
ポリマー材料結合剤及び金属含有材料を含む複合体製品を製造する方法であって、前記ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料と、前記金属を含む材料及び前記ポリマー材料とを混合することを含む方法。
【請求項３】
他の炭素供給源が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からのトナー、及び任意の他の適当な有機材料のいずれか１つ又は複数を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
必要な多孔性を有する製品を製造するために、方法を制御すること及び金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）、及び前記ポリマー材料結合剤を選択することを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記製品が非多孔質製品である、請求項４に記載の方法
【請求項６】
前記金属を含む材料が前記製品全体にわたって均一に分散するように、前記金属を含む材料と前記ポリマー材料結合剤とを混合することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素を含む材料が前記製品全体にわたって均一に分散するように、前記炭素を含む材料と前記ポリマー材料結合剤とを混合することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記製品の構成要素の混合物を、前記ポリマー材料結合剤を完全に溶融させるほど十分高い温度で加熱することを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
これらの材料が、前記加熱工程の間も固体のままであるように、前記金属を含む材料及び前記炭素を含む材料を選択することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属を含む材料が、製鋼プラント又は製鉄プラントから出たミルスケール粉末、バグハウス塵又は他の副生物の形態にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリマー結合剤材料が、低密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、高密度ポリプロピレン又はリサイクルされたポリプロピレンなどのリサイクルされたポリマー材料である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭素を含む材料が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の形態にある、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
工程（ｃ）が、前記加熱された混合物を押し出すことにより、前記加熱された混合物を複合体製品に形成することを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
金属を含む材料と金属を含む材料のための結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品。
【請求項１５】
前記ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料を含む、請求項１４に記載の製品。
【請求項１６】
炭素を含む材料と炭素を含む材料のための結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品。
【請求項１７】
金属を含む材料などの他の材料を含む、請求項１５に記載の製品
【請求項１８】
前記ポリマー材料と均一に分散した前記金属を含む材料又は前記炭素を含む材料との連続的ネットワークを含む、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項１９】
非多孔質製品であり、したがって少なくとも実質的に耐水性である、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２０】
前記ポリマー材料の外被を含む、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２１】
前記ポリマー材料が製品の１０重量％以上を構成する、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２２】
前記ポリマー材料が製品の５０重量％未満を構成する、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２３】
前記ポリマー材料が、低密度ポリエチレン若しくは高密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、又はリサイクルされたポリプロピレンである、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２４】
金属を含む材料が、製鋼プラントから出たミルスケール粉末及び／又はバグハウス塵又は他の副生物の形態にある、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２５】
前記炭素を含む材料が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の粒子の形態にある、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２６】
前記ポリマー結合剤材料、前記金属を含む材料（存在する場合）及び前記炭素を含む材料（存在する場合）の各々がリサイクルされた材料である、完全にリサイクルされた材料から作製された、請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２７】
ペレット、顆粒、ブロック、鋳塊、パティ、プラグ、又はパックの形態にある、請求項１４〜２６のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２８】
主要な寸法が少なくとも１０ｃｍである、請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２９】
少なくとも１ｋｇである、請求項１４〜２８のいずれか一項に記載の製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合体製品及び該製品を製造する方法に関する。
【０００２】
本発明は、特に、リサイクルされた製品から作製される複合体製品に関するが、それだけに限定されるものではない。
【０００３】
本発明は、特に、高温法で使用するために適した複合体製品に関するが、それだけに限定されるものではない。
【発明の開示】
【０００４】
「高温法」という用語は、本明細書においては４００℃を超える、通常は少なくとも６００℃の温度で行われる方法を意味すると理解するものとする。
【０００５】
高温法の例は、製鋼炉などの冶金炉で実施される方法である。これらの方法において、本発明の複合体製品は、金属を含むユニット及びエネルギー供給源のいずれか１つ又は複数を提供することを意図されている。
【０００６】
高温法の他の例は、化石燃料又は加工された燃料により発生される熱を必要とする発電所及びセメント作製キルンなどのキルンにおいて行われる方法である。これらの方法において、本発明の複合体製品は、化石燃料を代替するエネルギー供給源を提供することを意図されている。
【０００７】
本発明は、高温法で使用するために適した複合体製品に限定されない。例として、本発明の複合体製品は、建築材料として又は建築物用の保護材料、及び木材製品の代替品及び鋼材などの耐久性材料（例えば、耐久性又は耐蝕性）として、使用するのに適する。
【０００８】
本発明は、（ａ）ポリマー材料及び金属を含む材料、若しくは（ｂ）ポリマー材料及び炭素を含む材料、又は（ｃ）ポリマー材料、金属を含む材料及び炭素を含む材料を含む複合体製品中で、金属を含む材料及び／又は炭素を含む材料の粒子を一緒に保持するための結合剤としてポリマー材料を使用することに基づく。
【０００９】
本発明は、複合体製品の構成要素の加熱及び混合の組合せによりこれらの複合体製品を製造することにも基づき、加熱工程は、ポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分なものである。
【００１０】
本発明は、複合体製品の構成要素を加熱及び混合して、その後加熱された混合物を最終製品の形状に形成することを含み、加熱工程がポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分なものである、複合体製品を（ａ）ポリマー材料結合剤及び金属を含む材料、又は（ｂ）ポリマー材料結合剤及び炭素を含む材料の形態で製造する方法を提供する。
【００１１】
加熱及び混合工程は、先行段落で記載した順でも、逆の順でも又は同時に実施することもできる。
【００１２】
「金属を含む材料」という用語は、本明細書においては、金属製品を製造するために冶金炉中で実施される、高温の冶金学的方法などの高温法で処理することができる任意の材料を意味すると理解される。「金属」という用語は、本明細書においては、合金を含むと理解される。製鋼、特に電気アーク製鋼は、本出願人にとって特別の関心がある１つの冶金学的方法である。他の冶金学的方法として、例えば、塩基性酸素製鋼法及び製鉄法が挙げられる。本発明は、高温冶金学的方法に限定されない。金属を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。
【００１３】
ポリマー材料結合剤及び金属含有材料を含む複合体製品を製造する方法は、ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料と、金属を含む材料及びポリマー材料とを混合することを含んでいてもよい。
【００１４】
炭素の他の供給源は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からのトナー、及び任意の他の適当な有機材料のいずれか１種又は複数種を含むことができる。トナーは、カーボンブラックの形態の炭素を含有することに加えて、通常、金属含有粒子（酸化鉄）及びポリマー材料を含有することが注目される。他の炭素供給源は、リサイクルされた材料であってもよい。他の炭素供給源は、未使用の材料であってもよい。
【００１５】
他の材料は、生石灰、ドロマイト、及びマグネサイトであってもよい。
【００１６】
本方法は、方法及び金属を含む材料存在する場合）、炭素を含む材料存在する場合）、及びポリマー材料結合剤の選択を制御して必要な多孔性を有する製品にすることを含んでいてもよい。製品が非多孔質であることが望ましい状況もあり得る。高温冶金学的方法などの高温法における好ましい化学反応によっては、製品があるレベルの多孔性を有することが望ましくなることがある他の状況もあり得る。例えば、化学反応が炉中の製品内で起こることが望ましいことがあり、その場合、揮発した反応生成物の漏出を促進する多孔性レベルが望ましいこともある。
【００１７】
本方法は、製品全体にわたって金属を含む材料が均一に分散するように、金属を含む材料とポリマー材料結合剤とを混合することを含んでいてもよい。
【００１８】
本方法は、製品全体にわたって炭素を含む材料が均一に分散するように、炭素を含む材料とポリマー材料結合剤とを混合することができる。
【００１９】
本方法は、製品の構成要素の混合物を、ポリマー材料結合剤を完全に溶融するために十分なほど高い温度で加熱することを含んでいてもよい。その温度は、ポリマー材料結合剤、混合物の他の構成要素の特定の選択、及び複合体製品を形成する特定の方法の必要性を考慮して任意の適当な温度にすることができる。例として、低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤の場合、温度は通常１５０〜１７５℃の程度である。
【００２０】
本方法は、これらの材料が加熱工程の間、固体のままであるように、金属を含む材料及び炭素を含む材料を選択することを含んでいてもよい。
【００２１】
本方法は、必要とされる密度を有する製品を製造するために、方法と金属を含む材料存在する場合）、炭素を含む材料存在する場合）、及びポリマー材料結合剤の選択とを制御することを含んでいてもよい。例えば、製品が、製鋼工程に供給する材料である場合、製品はプロセスで生じる溶融金属の溜まりの上に浮くことが可能な密度を有することが好ましいことがある。
【００２２】
金属を含む材料及び炭素を含む材料は、粒子状の形態であってもよい。
【００２３】
製鋼法に関連する具体的な例として、金属を含む材料は、鉄を含む粒子の形態であってもよい。
【００２４】
鉄を含む粒子は粉末形態であってもよい。
【００２５】
具体的な例として、鉄を含む粒子は、製鋼プラント又は製鉄プラントから出たミルスケール粉末又はバグハウス塵又は他の副生物の形態であってもよい。
【００２６】
電気アーク製鋼炉中の製鋼において使用するための鉄を含む粒子の関係で、「粉末」という用語は、本明細書においては、主要な寸法が６ｍｍ未満の粒子を意味すると理解される。
【００２７】
冶金炉において高温法で使用するための金属を含む粒子のさらに広い関係で、「粉末」という用語は、本明細書においては、主要な寸法が６ｍｍ未満の粒子を意味すると理解される。
【００２８】
本発明による複合体製品における金属含有材料又は炭素含有材料のための結合剤としてポリマー材料を使用することは、冶金炉において実施される高温法のための複合体製品に限定されず、本発明の複合体製品を必要とする高温法一般に拡張される。この関係で、本発明は、粉末に限定されず、主要な寸法が６ｍｍ以上の金属を含む材料及び炭素を含む材料に拡張される。
【００２９】
ポリマー材料結合剤は、任意の適当な材料であってもよい。ポリマー材料結合剤の重要な要件は、それが、製品に対して特定の材料取り扱い及び稼働条件下で、複合体製品の他の構成要素の結合剤として作用することができることである。例には、特定の条件として、外気中における長期間の貯蔵を挙げることができる。特定の条件のさらなる例として、製品に対する特別の材料取り扱いの要求を挙げることができる。
【００３０】
ポリマー材料結合剤は、リサイクルされたポリマー材料であってもよい。
【００３１】
ポリマー材料結合剤は、低密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン又は高密度ポリプロピレン又はリサイクルされたポリプロピレンであってもよい。
【００３２】
炭素を含む材料は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みトナー、及び任意の他の適当な有機材料の形態であってもよい。炭素を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。炭素を含む材料は未使用の材料であってもよい。
【００３３】
本方法は、最終製品形状を形成するのに適した任意の形成工程を含んでいてもよい。
【００３４】
形成工程は、押し出し工程、型成形工程（射出型成形を含む）、及び練炭化又は他のタイプの圧縮工程のいずれであってもよい。
【００３５】
例として、工程（ｃ）により、加熱された混合物を押し出すことにより加熱された混合物を複合体製品に形成することができる。
【００３６】
押出物が、最終製品形状であってもよい。
【００３７】
あるいは、押出物を切断して最終製品形状を形成する必要があることもある。例えば、工程（ｃ）は、連続した押出物を形成し、その後、押出物を、それが押出機から最終製品形状になって出てくるように切断することができる。
【００３８】
押出物が押出機から連続した「ロープ」（小又は大断面の）として出てくる状況において、本方法は、ロープを短く切断することを含むことができ、それにより短い押出物が製品となる。
【００３９】
最終製品形状は、任意の適当な形状及び任意の適当なサイズであってもよい。
【００４０】
最終製品の形状及びサイズは、製品が使用される冶金学的方法及び冶金炉の材料取り扱い工程要件を考慮して決定することができる。
【００４１】
製品はペレットの形態であってもよい。
【００４２】
製品は顆粒の形態であってもよい。
【００４３】
製品は、ブロック、鋳塊、パティ（patty）、プラグ及びパック（puck）として記載される比較的大きい製品形態であってもよい。
【００４４】
比較的大きい製品は、主要な寸法が少なくとも１０ｃｍであってもよい。
【００４５】
比較的大きい製品は、主要な寸法が少なくとも１５ｃｍであってもよい。
【００４６】
比較的大きい製品は少なくとも１ｋｇであってもよい。
【００４７】
比較的大きい製品は少なくとも２ｋｇであってもよい。
【００４８】
比較的大きい製品は少なくとも３ｋｇであってもよい。
【００４９】
比較的大きい製品は１０ｋｇ未満であってもよい。
【００５０】
任意の所与の状況において、製品の形状及びサイズに影響する要因は、以下の要因を含み得る。
・製品は、製品が著しく破壊されてより小さいサイズの製品になって炉の内外に粉末を発生することなく、冶金学的プラントなどの高温処理加工プラント内で取り扱い、及びプラント中の冶金炉などの高温炉中に装填することができるための十分な強度及び靱性を有すべきである。
・製品は十分大きく、且つ冶金炉などの高温炉中の高温及び反応条件に耐えて必要な時間にわたって炉内における製品の制御された溶解を促進する、強度などの必要な機械的性質を有すべきである。高温法に依存して、この時間は比較的短い時間であったり又は比較的長い時間であったりすることがある。必要な溶解速度は、高温法の化学反応要件及び方法の通算時間に依存して変化してもよい。例えば、幾つかの方法においては、製品中の可燃成分ができるだけ速く燃焼することが重要であることがある。他の状況においては、方法の全操業時間中に製品が消費されるように、製品が比較的ゆっくり溶解することが重要であることもある。
【００５１】
本発明は、金属を含む材料と金属を含む材料に対する結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品も提供する。
【００５２】
先の段落で記載した製品は、ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料を含むこともできる。
【００５３】
本発明は、炭素を含む材料と炭素を含む材料に対する結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品も提供する。
【００５４】
先の段落で記載した製品は、金属を含む材料などの他の材料を含むこともできる。
【００５５】
製品は、ポリマー材料と均一に分散した金属を含む材料又は炭素を含む材料との連続的ネットワーク含んでいてもよい。
【００５６】
製品は多孔質製品であってもよい。
【００５７】
製品は、非多孔質製品であってもよく、したがって少なくとも実質的に耐水性であってもよい。これは、製品の構成要素のいずれか１つ又は複数が山積みで貯蔵されるか又は輸送される間に水分を取り込みやすい状況で有利な特徴である。例えばこれは、特に、バイオマスを炭素を含む材料として含む製品についての場合である。
【００５８】
製品は、ポリマー材料の外被を含んでいてよもい。
【００５９】
被覆は製品を非多孔質にすることができる。
【００６０】
それに加えて又は他の方法で、被覆は、それにより製品の粉末をカプセル化して、材料の取り扱い及び輸送中の粉末放出を最小にすることができる。
【００６１】
任意の所与の状況において、ポリマー結合剤材料、金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）及び他の材料の相対量は、複合体製品に対する結合剤の要件、製品についての最終用途における金属を含む材料に対する要件、及び最終用途における製品に対するエネルギー要件などの要因の関数であろう。
【００６２】
ポリマー材料結合剤は、製品の１０重量％を超えていてもよい。
【００６３】
ポリマー材料結合剤は、製品の１５重量％を超えていてもよい。
【００６４】
ポリマー材料結合剤は、製品の５０重量％未満であってよい。
【００６５】
ポリマー材料結合剤は、製品の４５重量％未満であってよい。
【００６６】
ポリマー材料結合剤は、蒸発温度が冶金炉中の溶融浴の温度未満であってもよい。
【００６７】
ポリマー材料結合剤は、リサイクルされたポリマー材料であってもよい。
【００６８】
ポリマー材料結合剤は、低密度ポリエチレン若しくは高密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、又はリサイクルされたポリプロピレンであってもよい。
【００６９】
金属を含む材料は、鉄を含む粒子の形態であることができる。
【００７０】
鉄を含む粒子は、粉末の形態であることができる。
【００７１】
鉄を含む粒子は、酸化鉄粒子の形態であることができる。
【００７２】
鉄を含む粒子は、製鋼プラントから出たミルスケール粉末及び／又はバグハウス塵又は他の副生物の形態であってもよい。
【００７３】
炭素を含む材料は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の粒子の形態であることができる。炭素を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。炭素を含む材料は、未使用の材料の形態であってもよい。
【００７４】
製品は、ポリマー結合剤材料及び金属を含む材料（存在する場合）及び炭素を含む材料（存在する場合）の各々がリサイクルされた材料であり、リサイクルされた材料から完全に作製することができる。
【００７５】
リサイクルされた材料は、任意の適当な供給源から得ることができる。
【００７６】
例として、金属を含むユニットは、ミルスケール粉末の形態、リサイクルされたポリエチレンの形態にあるポリマー結合剤材料結合剤であってもよく、炭素を含むユニットはコークス粉末又はリサイクルされたゴムの形態であってもよい。
【００７７】
製品は任意の適当なサイズ及び形状であることができる。製品形状及びサイズは上記のようであってよい。
【００７８】
製品は、高温法における使用に適することができる。
【００７９】
製品は、発電所及びセメント作製キルンなどのキルン、及び化石燃料により発生される熱を必要とする他の用途において、化石燃料を代替してエネルギーの供給源として使用するのに適することができる。エネルギーの供給源として使用される場合、製品は「加工された燃料」と記載することができる。
【００８０】
製品は、建築材料として、又は建築材料のための保護材料（例えば、耐久性又は腐蝕耐性のための）として、又は木材製品及び鋼材の代替物などの採鉱用消耗性部品のための保護材料（例えば、鉱物加工処理施設又は採鉱抽出施設のための採鉱用消耗性部品における耐久性のための）として使用するのに適することができる。
【００８１】
本発明は、本方法のための供給材料として、金属を含むユニット及び炭素を含むユニット（ポリマー材料結合剤）を含有する上記の複合体製品を供給することを含む高温法も提供する。
【００８２】
高温法は、冶金炉中で溶融金属（この用語は鉄合金を含む金属合金を含む）を生じさせる方法であってもよい。
【００８３】
本方法は、鋼を製造する方法であることもできる。
【００８４】
本製鋼法は、電気アーク製鋼法であることもある。
【００８５】
本製鋼法は、塩基性酸素製鋼法であることもある。
【００８６】
本方法は、鉄を製造する方法であることもできる。
【００８７】
本発明は、本出願人が研究及び開発プロジェクトの過程で、金属を含むユニット、より特定すれば、ミルスケール粉末の形態にある鉄を含むユニット及びリサイクルされた低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤を含み、材料取り扱い、化学的性質、及び加工性に関して電気アーク炉製鋼法で使用するために非常に適した複合体製品を製造することが可能であることを認識したことに基づく。特に、本出願人は、本プロジェクトの過程で、ポリマー材料が複合体製品中で鉄を含む粉末に対して効果的な結合剤として作用し、且つエネルギーの供給源を提供することを見出した。
【００８８】
本発明は、コークス粉末の形態にある炭素を含むユニット及びリサイクルされた低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤を含み、材料取り扱い、化学的性質、及び加工性に関して電気アーク炉製鋼法で使用するために非常に適した複合体製品を製造することが可能であるという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。
【００８９】
本発明は、上記の金属を含むユニット及び／又は炭素を含むユニットとポリマー材料結合剤との混合物を、ポリマー材料結合剤の少なくとも一部が溶融しており且つ混合物の他の構成要素が固体のままである温度で、例えば加熱押し出しにより加熱形成することが、電気アーク炉製鋼法において使用するために必要とされる材料取り扱い、化学的性質、及び加工性を有する複合体製品を製造する効果的な方法であるという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。
【００９０】
本発明は、本発明の金属含有系複合体製品及び炭素ユニット系複合体製品が製鋼より広い最終用途を有するという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。特に、本出願人は、本発明の炭素ユニット系複合体製品が、発電所及びセメント作製キルンなどのキルン、及び化石又は加工された燃料により発生される熱を必要とする他の用途において化石燃料を代替する用途を有することを認識した。
【００９１】
研究開発プロジェクトは、１０〜４５重量％が低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料である、本発明による広範囲の製品に関する実験室的研究を含んでいた。
【００９２】
実験室的研究は、ミルスケールの形態にある金属を含む材料、特に鉄を含む材料及び上記の範囲内のポリマー材料を含む複合体製品に関する研究を含んでいた。実験室的研究により、これらの製品中の酸化鉄が殆ど１００％還元されて溶融鉄になることが見出された。
【００９３】
実験室的研究は、コークス粉末の形態にある炭素を含む材料及び上記の範囲内のポリマー材料を含む複合体製品に関する研究も含むものであった。
【００９４】
製品の一例は、２４重量％の低密度ポリエチレン結合剤、１重量％の加工助剤、７５重量％のコークス粉末及び他の炭素含有材料の組成を有するものであった。
【００９５】
研究開発プロジェクトは、本出願人の電気アーク製鋼炉における本発明の製品の試料組成物の１トン試行も含んだ。
【００９６】
試行のための試料製品は、標準的な市販の加熱押出機で成功裏に押し出された。
【００９７】
押出機により製造された連続した「ロープ」を３ｋｇ程度の大きい「パティ」形状に形成した。
【００９８】
製品試料は、２４重量％の低密度ポリエチレン、１重量％の加工助剤、７重量％のコークス、及び６８重量％のミルスケールという組成を有した。
【００９９】
【表１】
2013533366.tif 000002
【表２】
2013533366.tif 000003
【０１００】
１トンの製品パティを電気アーク炉のホットヒール（hot heel）中に装填した。製品装填の添加の効果をカメラ、並びに化学反応及び方法操業パラメータの標準的データ記録によりモニターした。
【０１０１】
添加のための熱収支は下記のように設定する。
【表３】
2013533366.tif 000004
【０１０２】
上記の熱収支は、標準的参照材料からの理論的データ及びオーストラリアＮＳＷにある本出願人の電気アーク製鋼プラントから得たデータ基づくことを注記する。
【０１０３】
この試行の幾つかの極めて重要な発見は以下のようである。
・製品パティはエネルギーの供給源であった。
・製品パティは磁性であり、それ故、パティは標準的炉のスクラップ用磁石クレーンを使用して取り扱うことができた―約５００ｋｇ／荷重。
・製品パティは強靱であり、通常のブロックでは破壊されなかった。
・製品パティは耐水性であり、１週間水中に浸漬して目立った重量増加はなかった。
・製品パティは浴／スラグ境界面に溜まって炉内で反応を開始した。
・製品パティによっては、１５分を超えて持続する長時間そのままで残り、制御された速度で反応した。
・製品パティは強い熱を発した。
・プラスチック及びゴムの代替製品に比較して発煙は非常に少なかった。
・装填時の反応―底開きバケット（bottom bucket）１における１００ｋｇ、２００ｋｇ及び３００ｋｇ／熱の添加で目立った変化がなかった。
【０１０４】
試行結果により、本発明の複合体製品に基づくビジネスの機会は大きいことが示される。
【０１０５】
特に、本出願人は、この試行から、炭素を含む材料を一緒にして保持するポリマー材料結合剤に基づく本発明の複合体製品は、製鋼産業以外に、発電所及びセメント作製キルンなどのキルンにおける化石燃料の代替を含むこれらの用途、及び化石燃料又は加工された燃料により発生されるべき熱を必要とする他の用途を加えて、さらに広い用途を有する重要なエネルギーの供給源であり得ることを認識した。
【０１０６】
それに加えて、本出願人は、この試行から、本発明の複合体製品により、装填バケット中の異なった比の製鋼供給材料とエネルギー源とを電気アーク炉に導入することが可能になることを認識した。したがって、装填バケット中の鉄を含む材料及び他の製鋼供給材料及びポリマー材料（結合剤及びエネルギーの供給源として）は、それぞれ必要に応じて多い少ないがある。したがって、本発明の複合体製品は、製鋼工程への材料供給における柔軟性に対する機会及び、特に、エネルギー利用を最適化する機会を提供する。
【０１０７】
電気アーク炉及び他の高温法における本発明の複合体製品の使用を助長するはずの利点である、試料製品パティの他の極めて重要な利点は、製品パティの物理的及び化学的組成により、反応速度及び発熱が制御され計測されることである。燃料投下の制御された速度は、オフガス系におけるよりも寧ろ炉における完全な燃焼及び熱利用をもたらす。それ故、爆発に結びつく高いガスダクト温度及びバグハウスの外れ（trip）並びにオフガスダクト中の未燃焼燃料又は煙のリスクが低下する。１トン試行において、試料製品パティ（各約３ｋｇ）は、炉の高温のホットヒールに加えたとき、燃焼するのに１０分以上かかることが観察された。これは極めて重要な観察及び大きい利益であって、試料製品パティが、スクラップの装填後直ちに速く反応しすぎて煙及び火炎を炉外に排出させるよりも、制御された速度でのスクラップ装填下で溶落中に「バーナー」のように使用されることを可能にするであろう。比較して、束ねた小量のプラスチックフィルム又はゴムタイヤ片を炉に加えると、それは反応して２〜３分以内に燃焼した。試料製品パティは点火して長期間強い火炎を持続することが観察された。
【０１０８】
試行に基づいて、本出願人は、複合体製品パティが電気アーク炉中でスクラップの下に位置すれば、製品パティは、可能性として予熱を提供して、時間どおりに電力（power）及び電気エネルギー消費を減少させるであろうと考える。
【０１０９】
製品パティの比較的遅い燃焼速度は、複合体製品の複合体の性質に基づいて試行で制御した。ポリマー材料結合剤又は充填材材料（ミルスケール及びコークス粉末）と酸素との反応は、結合剤が原因の低い多孔性のために製品パティの表面に限定された。それ故、製品パティ中へのガス浸透は非常に少なかった。低多孔性により反応する表面積が制限され、製品内の反応物が保護された。表面上又はその付近で起こる反応で、製品の中側から表面への大きい熱勾配があるはずである。比較的低温（２５０〜４００℃）でポリマーの発煙及び点火により形成されたガス／煙／火炎層及び練炭表面から出た反応生成物から若干保護する効果もあるであろう。例えば、これは、製品パティを周囲の高温鋼及びスラグ（１５００〜１７５０℃）から保護して、製品パティがより長持ちすることを可能にするであろう。
【０１１０】
燃料は、表面に露出したものだけ反応するので、制御された速度で投下される。
【０１１１】
製品パティの複合体のマトリックス構造は、酸化鉄がポリマー結合剤を保護して、反応速度を制御する結果を生ずる。充填材材料の燃焼性が低ければ、その場合はそれが酸素に接触することができる表面へ「燃料」の供給速度を低くする。それが、酸化鉄（ミルスケール）製品がコークス又はグラファイトのような可燃性充填材を含有する練炭より液体金属スラグ中で長持ちする可能性がある理由である。同じ保護効果は、燃焼速度の低い他の充填材材料（生石灰、ドロマイト、バグハウス塵、その他）を使用することによっても得ることができるであろう。
【０１１２】
製品は、微細な材料が個々に加えられた場合に比較しても反応を遅延させる。例えば、ミルスケール及びコークス粉末は、両方とも、これらの材料の表面積が広いので、液体鋼浴に導入されたときに、炭素酸素反応により速やかに又は激しく反応し得る。
【０１１３】
上の考察に従って、反応速度は、製品パティの組成を変化させて充填材及び結合剤材料を増減することにより制御することができることがわかる。これは、多くの乾式冶金法の用途又は他の高温を応用する方法に適用することができる。例えば、用途には、小型高炉又は代替製鉄工程（alternate iron making processes）又は焼却工程又は発電工程が含まれる。
【０１１４】
電気アーク製鋼工業の関連で、試行は、本発明の複合体製品が、スクラップ代替、製鋼プラント及び他の産業で生じた廃棄物及び副生物の使用、他の方法では電気アーク製鋼炉に適しないであろう粉末形態にある供給材料の使用、ポリマー材料結合剤として及びエネルギーの供給源としてのリサイクルされた材料の使用の機会、及び電気アーク炉中における装填を選択的に層状にして、発熱及び他の反応を最適化する機会を提供することを示す。これらの機会は、環境及び財政的利益につながる。
【０１１５】
本発明は、以下の特徴及び利点を有し、それは大部分製鋼用途における本発明の複合体製品の使用に関連して記載されるが、製品の他の最終用途にも適用される。
・ポリマー材料結合剤は、材料取り扱いにおける製品破損が少なく且つ寿命が長いことを意味する、非常に強靱で多くの場合耐水性の製品を生成する。
・製品が製品中の粉末及びそれより大きいサイズの粒子をカプセル化するポリマー材料の被覆を有する場合に、付け加わる利点がある。
ポリマー材料中の粉末及びそれより大きいサイズの粒子のカプセル化により、はっきりと感知できる水分の取り込みなしに製品を外部空間で貯蔵することを可能にできる。さらに一般的に、カプセル化により、製品は、任意の貯蔵状況において、大気に曝されるときにも、水分取り込み／水和に対して保護される。それに加えて、ポリマー材料における粉末及びそれより大きいサイズの粒子のカプセル化により、製品からの化合物の洩れ出しを防止又は少なくとも最少化することができる。例えば、重金属の洩れ出しを防止するための、本発明の複合体製品中の重金属を含有する電気アーク炉粉塵のカプセル化は、製品の取り扱い、貯蔵及び輸送において利点であり得る。
・ポリマー材料は、粉末を高温法に運ぶための「清浄な」結合剤として作用する。粉末は炉中で消費されて、ポリマー材料結合剤は、ガスとして系から排出される（例えば、低密度ポリエチレンは１１５℃で融解し、約３５０℃で気化する）。
・ポリマー材料結合剤の炭素及び水素成分は、燃焼／還元に基づく方法で役立つことができる。
・結合剤として作用するポリマー材料の使用は、冶金炉における高温法だけでなく任意の適当な高温法に適用することができる。
・熱押し出し工程は、製品の両タイプ、すなわち金属を含む材料を主構成要素とする１つのタイプ製品、及び炭素を含む材料を主構成要素とする他のタイプの製品の大規模及び経済的に実現性のある製造に適する。
・ポリマー材料結合剤のサイズ制御は、押し出し工程中に溶融があるので、潜在的にそれほど厳しくない。
・リサイクルされたポリマー材料の結合剤としての使用は、多くのポリマー材料がそうでなければごみ埋立地に送られたであろうから、環境上の利益を引きつけることができる。
・熱押し出し技法は、金属を含む粉末及び炭素を含む粉末を含む粉末の回収、輸送及び処理を必要とする任意の産業に適用できる可能性がある。
・製品は、鉄を含むユニットを含有する場合磁性である。
・電気アーク製鋼法における製品の使用は、全ての点でエネルギーに肯定的であった。
・電気アーク製鋼法のためのスクラップ装填の下及び中における製品の使用は、スクラップ装填の密な接触加熱及び潜在的に改善された熱移動及びエネルギーの効率的使用を助長する。
・熱押出機の使用により、押出機中で加熱されるので、より高い水分率の供給材料を使用することが可能になる。
・本発明により、粉末形態にある供給材料を使用することが可能になる。
【０１１６】
上記の本発明に対して、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの改変をなすことができる。
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月8日(2012.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合体製品及び該製品を製造する方法に関する。
【０００２】
本発明は、特に、リサイクルされた製品から作製される複合体製品に関するが、それだけに限定されるものではない。
【０００３】
本発明は、特に、高温法で使用するために適した複合体製品に関するが、それだけに限定されるものではない。
【発明の開示】
【０００４】
「高温法」という用語は、本明細書においては４００℃を超える、通常は少なくとも６００℃の温度で行われる方法を意味すると理解するものとする。
【０００５】
高温法の例は、製鋼炉などの冶金炉で実施される方法である。これらの方法において、本発明の複合体製品は、金属を含むユニット及びエネルギー供給源のいずれか１つ又は複数を提供することを意図されている。
【０００６】
高温法の他の例は、化石燃料又は加工された燃料により発生される熱を必要とする発電所及びセメント作製キルンなどのキルンにおいて行われる方法である。これらの方法において、本発明の複合体製品は、化石燃料を代替するエネルギー供給源を提供することを意図されている。
【０００７】
本発明は、高温法で使用するために適した複合体製品に限定されない。例として、本発明の複合体製品は、建築材料として又は建築物用の保護材料、及び木材製品の代替品及び鋼材などの耐久性材料（例えば、耐久性又は耐蝕性）として、使用するのに適する。
【０００８】
本発明は、（ａ）ポリマー材料及び金属を含む材料、若しくは（ｂ）ポリマー材料及び炭素を含む材料、又は（ｃ）ポリマー材料、金属を含む材料及び炭素を含む材料を含む複合体製品中で、金属を含む材料及び／又は炭素を含む材料の粒子を一緒に保持するための結合剤としてポリマー材料を使用することに基づく。
【０００９】
本発明は、複合体製品の構成要素の加熱及び混合の組合せによりこれらの複合体製品を製造することにも基づき、加熱工程は、ポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分なものである。
【００１０】
本発明は、複合体製品の構成要素を加熱及び混合して、その後加熱された混合物を最終製品の形状に形成することを含み、加熱工程がポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分なものである、複合体製品を（ａ）ポリマー材料結合剤及び金属を含む材料、又は（ｂ）ポリマー材料結合剤及び炭素を含む材料の形態で製造する方法を提供する。
【００１１】
加熱及び混合工程は、先行段落で記載した順でも、逆の順でも又は同時に実施することもできる。
【００１２】
「金属を含む材料」という用語は、本明細書においては、金属製品を製造するために冶金炉中で実施される、高温の冶金学的方法などの高温法で処理することができる任意の材料を意味すると理解される。「金属」という用語は、本明細書においては、合金を含むと理解される。製鋼、特に電気アーク製鋼は、本出願人にとって特別の関心がある１つの冶金学的方法である。他の冶金学的方法として、例えば、塩基性酸素製鋼法及び製鉄法が挙げられる。本発明は、高温冶金学的方法に限定されない。金属を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。
【００１３】
ポリマー材料結合剤及び金属含有材料を含む複合体製品を製造する方法は、ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料と、金属を含む材料及びポリマー材料とを混合することを含んでいてもよい。
【００１４】
炭素の他の供給源は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からのトナー、及び任意の他の適当な有機材料のいずれか１種又は複数種を含むことができる。トナーは、カーボンブラックの形態の炭素を含有することに加えて、通常、金属含有粒子（酸化鉄）及びポリマー材料を含有することが注目される。他の炭素供給源は、リサイクルされた材料であってもよい。他の炭素供給源は、未使用の材料であってもよい。
【００１５】
他の材料は、生石灰、ドロマイト、及びマグネサイトであってもよい。
【００１６】
本方法は、方法及び金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）、及びポリマー材料結合剤の選択を制御して必要な多孔性を有する製品にすることを含んでいてもよい。製品が非多孔質であることが望ましい状況もあり得る。高温冶金学的方法などの高温法における好ましい化学反応によっては、製品があるレベルの多孔性を有することが望ましくなることがある他の状況もあり得る。例えば、化学反応が炉中の製品内で起こることが望ましいことがあり、その場合、揮発した反応生成物の漏出を促進する多孔性レベルが望ましいこともある。
【００１７】
本方法は、製品全体にわたって金属を含む材料が均一に分散するように、金属を含む材料とポリマー材料結合剤とを混合することを含んでいてもよい。
【００１８】
本方法は、製品全体にわたって炭素を含む材料が均一に分散するように、炭素を含む材料とポリマー材料結合剤とを混合することができる。
【００１９】
本方法は、製品の構成要素の混合物を、ポリマー材料結合剤を完全に溶融するために十分なほど高い温度で加熱することを含んでいてもよい。その温度は、ポリマー材料結合剤、混合物の他の構成要素の特定の選択、及び複合体製品を形成する特定の方法の必要性を考慮して任意の適当な温度にすることができる。例として、低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤の場合、温度は通常１５０〜１７５℃の程度である。
【００２０】
本方法は、これらの材料が加熱工程の間、固体のままであるように、金属を含む材料及び炭素を含む材料を選択することを含んでいてもよい。
【００２１】
本方法は、必要とされる密度を有する製品を製造するために、方法と金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）、及びポリマー材料結合剤の選択とを制御することを含んでいてもよい。例えば、製品が、製鋼工程に供給する材料である場合、製品はプロセスで生じる溶融金属の溜まりの上に浮くことが可能な密度を有することが好ましいことがある。
【００２２】
金属を含む材料及び炭素を含む材料は、粒子状の形態であってもよい。
【００２３】
製鋼法に関連する具体的な例として、金属を含む材料は、鉄を含む粒子の形態であってもよい。
【００２４】
鉄を含む粒子は粉末形態であってもよい。
【００２５】
具体的な例として、鉄を含む粒子は、製鋼プラント又は製鉄プラントから出たミルスケール粉末又はバグハウス塵又は他の副生物の形態であってもよい。
【００２６】
電気アーク製鋼炉中の製鋼において使用するための鉄を含む粒子の関係で、「粉末」という用語は、本明細書においては、主要な寸法が６ｍｍ未満の粒子を意味すると理解される。
【００２７】
冶金炉において高温法で使用するための金属を含む粒子のさらに広い関係で、「粉末」という用語は、本明細書においては、主要な寸法が６ｍｍ未満の粒子を意味すると理解される。
【００２８】
本発明による複合体製品における金属含有材料又は炭素含有材料のための結合剤としてポリマー材料を使用することは、冶金炉において実施される高温法のための複合体製品に限定されず、本発明の複合体製品を必要とする高温法一般に拡張される。この関係で、本発明は、粉末に限定されず、主要な寸法が６ｍｍ以上の金属を含む材料及び炭素を含む材料に拡張される。
【００２９】
ポリマー材料結合剤は、任意の適当な材料であってもよい。ポリマー材料結合剤の重要な要件は、それが、製品に対して特定の材料取り扱い及び稼働条件下で、複合体製品の他の構成要素の結合剤として作用することができることである。例には、特定の条件として、外気中における長期間の貯蔵を挙げることができる。特定の条件のさらなる例として、製品に対する特別の材料取り扱いの要求を挙げることができる。
【００３０】
ポリマー材料結合剤は、リサイクルされたポリマー材料であってもよい。
【００３１】
ポリマー材料結合剤は、低密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン又は高密度ポリプロピレン又はリサイクルされたポリプロピレンであってもよい。
【００３２】
炭素を含む材料は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みトナー、及び任意の他の適当な有機材料の形態であってもよい。炭素を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。炭素を含む材料は未使用の材料であってもよい。
【００３３】
本方法は、最終製品形状を形成するのに適した任意の形成工程を含んでいてもよい。
【００３４】
形成工程は、押し出し工程、型成形工程（射出型成形を含む）、及び練炭化又は他のタイプの圧縮工程のいずれであってもよい。
【００３５】
例として、形成工程により、加熱された混合物を押し出すことにより加熱された混合物を複合体製品に形成することができる。
【００３６】
押出物が、最終製品形状であってもよい。
【００３７】
あるいは、押出物を切断して最終製品形状を形成する必要があることもある。例えば、形成工程は、連続した押出物を形成し、その後、押出物を、それが押出機から最終製品形状になって出てくるように切断することができる。
【００３８】
押出物が押出機から連続した「ロープ」（小又は大断面の）として出てくる状況において、本方法は、ロープを短く切断することを含むことができ、それにより短い押出物が製品となる。
【００３９】
最終製品形状は、任意の適当な形状及び任意の適当なサイズであってもよい。
【００４０】
最終製品の形状及びサイズは、製品が使用される冶金学的方法及び冶金炉の材料取り扱い工程要件を考慮して決定することができる。
【００４１】
製品はペレットの形態であってもよい。
【００４２】
製品は顆粒の形態であってもよい。
【００４３】
製品は、ブロック、鋳塊、パティ（patty）、プラグ及びパック（puck）として記載される比較的大きい製品形態であってもよい。
【００４４】
比較的大きい製品は、主要な寸法が少なくとも１０ｃｍであってもよい。
【００４５】
比較的大きい製品は、主要な寸法が少なくとも１５ｃｍであってもよい。
【００４６】
比較的大きい製品は少なくとも１ｋｇであってもよい。
【００４７】
比較的大きい製品は少なくとも２ｋｇであってもよい。
【００４８】
比較的大きい製品は少なくとも３ｋｇであってもよい。
【００４９】
比較的大きい製品は１０ｋｇ未満であってもよい。
【００５０】
任意の所与の状況において、製品の形状及びサイズに影響する要因は、以下の要因を含み得る。
・製品は、製品が著しく破壊されてより小さいサイズの製品になって炉の内外に粉末を発生することなく、冶金学的プラントなどの高温処理加工プラント内で取り扱い、及びプラント中の冶金炉などの高温炉中に装填することができるための十分な強度及び靱性を有すべきである。
・製品は十分大きく、且つ冶金炉などの高温炉中の高温及び反応条件に耐えて必要な時間にわたって炉内における製品の制御された溶解を促進する、強度などの必要な機械的性質を有すべきである。高温法に依存して、この時間は比較的短い時間であったり又は比較的長い時間であったりすることがある。必要な溶解速度は、高温法の化学反応要件及び方法の通算時間に依存して変化してもよい。例えば、幾つかの方法においては、製品中の可燃成分ができるだけ速く燃焼することが重要であることがある。他の状況においては、方法の全操業時間中に製品が消費されるように、製品が比較的ゆっくり溶解することが重要であることもある。
【００５１】
本発明は、金属を含む材料と金属を含む材料に対する結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品も提供する。
【００５２】
先の段落で記載した製品は、ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料を含むこともできる。
【００５３】
本発明は、炭素を含む材料と炭素を含む材料に対する結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品も提供する。
【００５４】
先の段落で記載した製品は、金属を含む材料などの他の材料を含むこともできる。
【００５５】
製品は、ポリマー材料と均一に分散した金属を含む材料又は炭素を含む材料との連続的ネットワーク含んでいてもよい。
【００５６】
製品は多孔質製品であってもよい。
【００５７】
製品は、非多孔質製品であってもよく、したがって少なくとも実質的に耐水性であってもよい。これは、製品の構成要素のいずれか１つ又は複数が山積みで貯蔵されるか又は輸送される間に水分を取り込みやすい状況で有利な特徴である。例えばこれは、特に、バイオマスを炭素を含む材料として含む製品についての場合である。
【００５８】
製品は、ポリマー材料の外被を含んでいてよもい。
【００５９】
被覆は製品を非多孔質にすることができる。
【００６０】
それに加えて又は他の方法で、被覆は、それにより製品の粉末をカプセル化して、材料の取り扱い及び輸送中の粉末放出を最小にすることができる。
【００６１】
任意の所与の状況において、ポリマー結合剤材料、金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）及び他の材料の相対量は、複合体製品に対する結合剤の要件、製品についての最終用途における金属を含む材料に対する要件、及び最終用途における製品に対するエネルギー要件などの要因の関数であろう。
【００６２】
ポリマー材料結合剤は、製品の１０重量％を超えていてもよい。
【００６３】
ポリマー材料結合剤は、製品の１５重量％を超えていてもよい。
【００６４】
ポリマー材料結合剤は、製品の５０重量％未満であってよい。
【００６５】
ポリマー材料結合剤は、製品の４５重量％未満であってよい。
【００６６】
ポリマー材料結合剤は、蒸発温度が冶金炉中の溶融浴の温度未満であってもよい。
【００６７】
ポリマー材料結合剤は、リサイクルされたポリマー材料であってもよい。
【００６８】
ポリマー材料結合剤は、低密度ポリエチレン若しくは高密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、又はリサイクルされたポリプロピレンであってもよい。
【００６９】
金属を含む材料は、鉄を含む粒子の形態であることができる。
【００７０】
鉄を含む粒子は、粉末の形態であることができる。
【００７１】
鉄を含む粒子は、酸化鉄粒子の形態であることができる。
【００７２】
鉄を含む粒子は、製鋼プラントから出たミルスケール粉末及び／又はバグハウス塵又は他の副生物の形態であってもよい。
【００７３】
炭素を含む材料は、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の粒子の形態であることができる。炭素を含む材料は、リサイクルされた材料であってもよい。炭素を含む材料は、未使用の材料の形態であってもよい。
【００７４】
製品は、ポリマー結合剤材料及び金属を含む材料（存在する場合）及び炭素を含む材料（存在する場合）の各々がリサイクルされた材料であり、リサイクルされた材料から完全に作製することができる。
【００７５】
リサイクルされた材料は、任意の適当な供給源から得ることができる。
【００７６】
例として、金属を含むユニットは、ミルスケール粉末の形態、リサイクルされたポリエチレンの形態にあるポリマー結合剤材料結合剤であってもよく、炭素を含むユニットはコークス粉末又はリサイクルされたゴムの形態であってもよい。
【００７７】
製品は任意の適当なサイズ及び形状であることができる。製品形状及びサイズは上記のようであってよい。
【００７８】
製品は、高温法における使用に適することができる。
【００７９】
製品は、発電所及びセメント作製キルンなどのキルン、及び化石燃料により発生される熱を必要とする他の用途において、化石燃料を代替してエネルギーの供給源として使用するのに適することができる。エネルギーの供給源として使用される場合、製品は「加工された燃料」と記載することができる。
【００８０】
製品は、建築材料として、又は建築材料のための保護材料（例えば、耐久性又は腐蝕耐性のための）として、又は木材製品及び鋼材の代替物などの採鉱用消耗性部品のための保護材料（例えば、鉱物加工処理施設又は採鉱抽出施設のための採鉱用消耗性部品における耐久性のための）として使用するのに適することができる。
【００８１】
本発明は、本方法のための供給材料として、金属を含むユニット及び炭素を含むユニット、及びポリマー材料結合剤を含有する上記の複合体製品を供給することを含む高温法も提供する。
【００８２】
高温法は、冶金炉中で溶融金属（この用語は鉄合金を含む金属合金を含む）を生じさせる方法であってもよい。
【００８３】
本方法は、鋼を製造する方法であることもできる。
【００８４】
本製鋼法は、電気アーク製鋼法であることもある。
【００８５】
本製鋼法は、塩基性酸素製鋼法であることもある。
【００８６】
本方法は、鉄を製造する方法であることもできる。
【００８７】
本発明は、本出願人が研究及び開発プロジェクトの過程で、金属を含むユニット、より特定すれば、ミルスケール粉末の形態にある鉄を含むユニット及びリサイクルされた低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤を含み、材料取り扱い、化学的性質、及び加工性に関して電気アーク炉製鋼法で使用するために非常に適した複合体製品を製造することが可能であることを認識したことに基づく。特に、本出願人は、本プロジェクトの過程で、ポリマー材料が複合体製品中で鉄を含む粉末に対して効果的な結合剤として作用し、且つエネルギーの供給源を提供することを見出した。
【００８８】
本発明は、コークス粉末の形態にある炭素を含むユニット及びリサイクルされた低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料結合剤を含み、材料取り扱い、化学的性質、及び加工性に関して電気アーク炉製鋼法で使用するために非常に適した複合体製品を製造することが可能であるという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。
【００８９】
本発明は、上記の金属を含むユニット及び／又は炭素を含むユニットとポリマー材料結合剤との混合物を、ポリマー材料結合剤の少なくとも一部が溶融しており且つ混合物の他の構成要素が固体のままである温度で、例えば加熱押し出しにより加熱形成することが、電気アーク炉製鋼法において使用するために必要とされる材料取り扱い、化学的性質、及び加工性を有する複合体製品を製造する効果的な方法であるという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。
【００９０】
本発明は、本発明の金属含有系複合体製品及び炭素ユニット系複合体製品が製鋼より広い最終用途を有するという、プロジェクトの過程における本出願人の認識にも基づく。特に、本出願人は、本発明の炭素ユニット系複合体製品が、発電所及びセメント作製キルンなどのキルン、及び化石又は加工された燃料により発生される熱を必要とする他の用途において化石燃料を代替する用途を有することを認識した。
【００９１】
研究開発プロジェクトは、１０〜４５重量％が低密度ポリエチレンの形態にあるポリマー材料である、本発明による広範囲の製品に関する実験室的研究を含んでいた。
【００９２】
実験室的研究は、ミルスケールの形態にある金属を含む材料、特に鉄を含む材料及び上記の範囲内のポリマー材料を含む複合体製品に関する研究を含んでいた。実験室的研究により、これらの製品中の酸化鉄が殆ど１００％還元されて溶融鉄になることが見出された。
【００９３】
実験室的研究は、コークス粉末の形態にある炭素を含む材料及び上記の範囲内のポリマー材料を含む複合体製品に関する研究も含むものであった。
【００９４】
製品の一例は、２４重量％の低密度ポリエチレン結合剤、１重量％の加工助剤、７５重量％のコークス粉末及び他の炭素含有材料の組成を有するものであった。
【００９５】
研究開発プロジェクトは、本出願人の電気アーク製鋼炉における本発明の製品の試料組成物の１トン試行も含んだ。
【００９６】
試行のための試料製品は、標準的な市販の加熱押出機で成功裏に押し出された。
【００９７】
押出機により製造された連続した「ロープ」を３ｋｇ程度の大きい「パティ」形状に形成した。
【００９８】
製品試料は、２４重量％の低密度ポリエチレン、１重量％の加工助剤、７重量％のコークス、及び６８重量％のミルスケールという組成を有した。
【００９９】
【表１】
2013533366.tif 000005
【表２】
2013533366.tif 000006
【０１００】
１トンの製品パティを電気アーク炉のホットヒール（hot heel）中に装填した。製品装填の添加の効果をカメラ、並びに化学反応及び方法操業パラメータの標準的データ記録によりモニターした。
【０１０１】
添加のための熱収支は下記のように設定する。
【表３】
2013533366.tif 000007
【０１０２】
上記の熱収支は、標準的参照材料からの理論的データ及びオーストラリアＮＳＷにある本出願人の電気アーク製鋼プラントから得たデータ基づくことを注記する。
【０１０３】
この試行の幾つかの極めて重要な発見は以下のようである。
・製品パティはエネルギーの供給源であった。
・製品パティは磁性であり、それ故、パティは標準的炉のスクラップ用磁石クレーンを使用して取り扱うことができた―約５００ｋｇ／荷重。
・製品パティは強靱であり、通常のブロックでは破壊されなかった。
・製品パティは耐水性であり、１週間水中に浸漬して目立った重量増加はなかった。
・製品パティは浴／スラグ境界面に溜まって炉内で反応を開始した。
・製品パティによっては、１５分を超えて持続する長時間そのままで残り、制御された速度で反応した。
・製品パティは強い熱を発した。
・プラスチック及びゴムの代替製品に比較して発煙は非常に少なかった。
・装填時の反応―底開きバケット（bottom bucket）１における１００ｋｇ、２００ｋｇ及び３００ｋｇ／熱の添加で目立った変化がなかった。
【０１０４】
試行結果により、本発明の複合体製品に基づくビジネスの機会は大きいことが示される。
【０１０５】
特に、本出願人は、この試行から、炭素を含む材料を一緒にして保持するポリマー材料結合剤に基づく本発明の複合体製品は、製鋼産業以外に、発電所及びセメント作製キルンなどのキルンにおける化石燃料の代替を含むこれらの用途、及び化石燃料又は加工された燃料により発生されるべき熱を必要とする他の用途を加えて、さらに広い用途を有する重要なエネルギーの供給源であり得ることを認識した。
【０１０６】
それに加えて、本出願人は、この試行から、本発明の複合体製品により、装填バケット中の異なった比の製鋼供給材料とエネルギー源とを電気アーク炉に導入することが可能になることを認識した。したがって、装填バケット中の鉄を含む材料及び他の製鋼供給材料及びポリマー材料（結合剤及びエネルギーの供給源として）は、それぞれ必要に応じて多い少ないがある。したがって、本発明の複合体製品は、製鋼工程への材料供給における柔軟性に対する機会及び、特に、エネルギー利用を最適化する機会を提供する。
【０１０７】
電気アーク炉及び他の高温法における本発明の複合体製品の使用を助長するはずの利点である、試料製品パティの他の極めて重要な利点は、製品パティの物理的及び化学的組成により、反応速度及び発熱が制御され計測されることである。燃料投下の制御された速度は、オフガス系におけるよりも寧ろ炉における完全な燃焼及び熱利用をもたらす。それ故、爆発に結びつく高いガスダクト温度及びバグハウスの外れ（trip）並びにオフガスダクト中の未燃焼燃料又は煙のリスクが低下する。１トン試行において、試料製品パティ（各約３ｋｇ）は、炉の高温のホットヒールに加えたとき、燃焼するのに１０分以上かかることが観察された。これは極めて重要な観察及び大きい利益であって、試料製品パティが、スクラップの装填後直ちに速く反応しすぎて煙及び火炎を炉外に排出させるよりも、制御された速度でのスクラップ装填下で溶落中に「バーナー」のように使用されることを可能にするであろう。比較して、束ねた小量のプラスチックフィルム又はゴムタイヤ片を炉に加えると、それは反応して２〜３分以内に燃焼した。試料製品パティは点火して長期間強い火炎を持続することが観察された。
【０１０８】
試行に基づいて、本出願人は、複合体製品パティが電気アーク炉中でスクラップの下に位置すれば、製品パティは、可能性として予熱を提供して、時間どおりに電力（power）及び電気エネルギー消費を減少させるであろうと考える。
【０１０９】
製品パティの比較的遅い燃焼速度は、複合体製品の複合体の性質に基づいて試行で制御した。ポリマー材料結合剤又は充填材材料（ミルスケール及びコークス粉末）と酸素との反応は、結合剤が原因の低い多孔性のために製品パティの表面に限定された。それ故、製品パティ中へのガス浸透は非常に少なかった。低多孔性により反応する表面積が制限され、製品内の反応物が保護された。表面上又はその付近で起こる反応で、製品の中側から表面への大きい熱勾配があるはずである。比較的低温（２５０〜４００℃）でポリマーの発煙及び点火により形成されたガス／煙／火炎層及び練炭表面から出た反応生成物から若干保護する効果もあるであろう。例えば、これは、製品パティを周囲の高温鋼及びスラグ（１５００〜１７５０℃）から保護して、製品パティがより長持ちすることを可能にするであろう。
【０１１０】
燃料は、表面に露出したものだけ反応するので、制御された速度で投下される。
【０１１１】
製品パティの複合体のマトリックス構造は、酸化鉄がポリマー結合剤を保護して、反応速度を制御する結果を生ずる。充填材材料の燃焼性が低ければ、その場合はそれが酸素に接触することができる表面へ「燃料」の供給速度を低くする。それが、酸化鉄（ミルスケール）製品がコークス又はグラファイトのような可燃性充填材を含有する練炭より液体金属スラグ中で長持ちする可能性がある理由である。同じ保護効果は、燃焼速度の低い他の充填材材料（生石灰、ドロマイト、バグハウス塵、その他）を使用することによっても得ることができるであろう。
【０１１２】
製品は、微細な材料が個々に加えられた場合に比較しても反応を遅延させる。例えば、ミルスケール及びコークス粉末は、両方とも、これらの材料の表面積が広いので、液体鋼浴に導入されたときに、炭素酸素反応により速やかに又は激しく反応し得る。
【０１１３】
上の考察に従って、反応速度は、製品パティの組成を変化させて充填材及び結合剤材料を増減することにより制御することができることがわかる。これは、多くの乾式冶金法の用途又は他の高温を応用する方法に適用することができる。例えば、用途には、小型高炉又は代替製鉄工程（alternate iron making processes）又は焼却工程又は発電工程が含まれる。
【０１１４】
電気アーク製鋼工業の関連で、試行は、本発明の複合体製品が、スクラップ代替、製鋼プラント及び他の産業で生じた廃棄物及び副生物の使用、他の方法では電気アーク製鋼炉に適しないであろう粉末形態にある供給材料の使用、ポリマー材料結合剤として及びエネルギーの供給源としてのリサイクルされた材料の使用の機会、及び電気アーク炉中における装填を選択的に層状にして、発熱及び他の反応を最適化する機会を提供することを示す。これらの機会は、環境及び財政的利益につながる。
【０１１５】
本発明は、以下の特徴及び利点を有し、それは大部分製鋼用途における本発明の複合体製品の使用に関連して記載されるが、製品の他の最終用途にも適用される。
・ポリマー材料結合剤は、材料取り扱いにおける製品破損が少なく且つ寿命が長いことを意味する、非常に強靱で多くの場合耐水性の製品を生成する。
・製品が製品中の粉末及びそれより大きいサイズの粒子をカプセル化するポリマー材料の被覆を有する場合に、付け加わる利点がある。
ポリマー材料中の粉末及びそれより大きいサイズの粒子のカプセル化により、はっきりと感知できる水分の取り込みなしに製品を外部空間で貯蔵することを可能にできる。さらに一般的に、カプセル化により、製品は、任意の貯蔵状況において、大気に曝されるときにも、水分取り込み／水和に対して保護される。それに加えて、ポリマー材料における粉末及びそれより大きいサイズの粒子のカプセル化により、製品からの化合物の洩れ出しを防止又は少なくとも最少化することができる。例えば、重金属の洩れ出しを防止するための、本発明の複合体製品中の重金属を含有する電気アーク炉粉塵のカプセル化は、製品の取り扱い、貯蔵及び輸送において利点であり得る。
・ポリマー材料は、粉末を高温法に運ぶための「清浄な」結合剤として作用する。粉末は炉中で消費されて、ポリマー材料結合剤は、ガスとして系から排出される（例えば、低密度ポリエチレンは１１５℃で融解し、約３５０℃で気化する）。
・ポリマー材料結合剤の炭素及び水素成分は、燃焼／還元に基づく方法で役立つことができる。
・結合剤として作用するポリマー材料の使用は、冶金炉における高温法だけでなく任意の適当な高温法に適用することができる。
・熱押し出し工程は、製品の両タイプ、すなわち金属を含む材料を主構成要素とする１つのタイプ製品、及び炭素を含む材料を主構成要素とする他のタイプの製品の大規模及び経済的に実現性のある製造に適する。
・ポリマー材料結合剤のサイズ制御は、押し出し工程中に溶融があるので、潜在的にそれほど厳しくない。
・リサイクルされたポリマー材料の結合剤としての使用は、多くのポリマー材料がそうでなければごみ埋立地に送られたであろうから、環境上の利益を引きつけることができる。
・熱押し出し技法は、金属を含む粉末及び炭素を含む粉末を含む粉末の回収、輸送及び処理を必要とする任意の産業に適用できる可能性がある。
・製品は、鉄を含むユニットを含有する場合磁性である。
・電気アーク製鋼法における製品の使用は、全ての点でエネルギーに肯定的であった。
・電気アーク製鋼法のためのスクラップ装填の下及び中における製品の使用は、スクラップ装填の密な接触加熱及び潜在的に改善された熱移動及びエネルギーの効率的使用を助長する。
・熱押出機の使用により、押出機中で加熱されるので、より高い水分率の供給材料を使用することが可能になる。
・本発明により、粉末形態にある供給材料を使用することが可能になる。
【０１１６】
上記の本発明に対して、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、多くの改変をなすことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ポリマー材料結合剤及び金属を含む材料、又は（ｂ）ポリマー材料結合剤及び炭素を含む材料、の形態にある複合体製品を製造する方法であって、前記複合体製品の構成要素を加熱及び混合した後、加熱された混合物を最終製品の形状に形成することを含み、前記加熱工程が、前記ポリマー材料結合剤の少なくとも一部を溶融して製品の形成を促進するのに十分である、方法。
【請求項２】
請求項１に記載のポリマー材料結合剤及び金属含有材料を含む複合体製品を製造する方法であって、前記ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料と、前記金属を含む材料及び前記ポリマー材料とを混合することを含む方法。
【請求項３】
他の炭素供給源が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からのトナー、及び任意の他の適当な有機材料のいずれか１つ又は複数を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
必要な多孔性を有する製品を製造するために、方法を制御すること及び金属を含む材料（存在する場合）、炭素を含む材料（存在する場合）、及び前記ポリマー材料結合剤を選択することを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記製品が非多孔質製品である、請求項４に記載の方法
【請求項６】
前記金属を含む材料が前記製品全体にわたって均一に分散するように、前記金属を含む材料と前記ポリマー材料結合剤とを混合することを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記炭素を含む材料が前記製品全体にわたって均一に分散するように、前記炭素を含む材料と前記ポリマー材料結合剤とを混合することを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記製品の構成要素の混合物を、前記ポリマー材料結合剤を完全に溶融させるほど十分高い温度で加熱することを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
これらの材料が、前記加熱工程の間も固体のままであるように、前記金属を含む材料及び前記炭素を含む材料を選択することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属を含む材料が、製鋼プラント又は製鉄プラントから出たミルスケール粉末、バグハウス塵又は他の副生物の形態にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ポリマー結合剤材料が、低密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、高密度ポリプロピレン又はリサイクルされたポリプロピレンなどのリサイクルされたポリマー材料である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記炭素を含む材料が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、石炭粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の形態にある、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記加熱された混合物を押し出すことにより、前記加熱された混合物を複合体製品に形成することを含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
金属を含む材料と金属を含む材料のための結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品。
【請求項１５】
前記ポリマー材料結合剤以外の炭素供給源である材料などの他の材料を含む、請求項１４に記載の製品。
【請求項１６】
炭素を含む材料と炭素を含む材料のための結合剤として作用するポリマー材料とを含む複合体製品。
【請求項１７】
金属を含む材料などの他の材料を含む、請求項１６に記載の製品
【請求項１８】
前記ポリマー材料と均一に分散した前記金属を含む材料又は前記炭素を含む材料との連続的ネットワークを含む、請求項１４〜１７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項１９】
非多孔質製品であり、したがって少なくとも実質的に耐水性である、請求項１４〜１８のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２０】
前記ポリマー材料の外被を含む、請求項１４〜１９のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２１】
前記ポリマー材料が製品の１０重量％以上を構成する、請求項１４〜２０のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２２】
前記ポリマー材料が製品の５０重量％未満を構成する、請求項１４〜２１のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２３】
前記ポリマー材料が、低密度ポリエチレン若しくは高密度ポリエチレンなどのリサイクルされたポリエチレン、又はリサイクルされたポリプロピレンである、請求項１４〜２２のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２４】
金属を含む材料が、製鋼プラントから出たミルスケール粉末及び／又はバグハウス塵又は他の副生物の形態にある、請求項１４〜２３のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２５】
前記炭素を含む材料が、バイオマス、フライアッシュ、ゴム、紙、コークス粉末、チャコール粉末、プリンタ及び光学式複写機からの使用済みのトナー、及び任意の他の適当な有機材料の粒子の形態にある、請求項１４〜２４のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２６】
前記ポリマー結合剤材料、前記金属を含む材料（存在する場合）及び前記炭素を含む材料（存在する場合）の各々がリサイクルされた材料である、完全にリサイクルされた材料から作製された、請求項１４〜２５のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２７】
ペレット、顆粒、ブロック、鋳塊、パティ、プラグ、又はパックの形態にある、請求項１４〜２６のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２８】
主要な寸法が少なくとも１０ｃｍである、請求項１４〜２７のいずれか一項に記載の製品。
【請求項２９】
少なくとも１ｋｇである、請求項１４〜２８のいずれか一項に記載の製品。
【請求項３０】
請求項１４〜２９のいずれか一項に記載の複合体製品を前記方法請求項の供給材料として供給することを含む、溶融金属を製造する方法であって、前記複合体製品が請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法で形成され、前記製品が著しく破壊されてより小さいサイズの製品になって炉の内外に粉末を発生することなく、溶融金属を製造する方法を実施するための高温処理加工プラント内で取り扱うこと、及びプラント中の高温炉中に装填することができるための十分な強度及び靱性を有する、方法。
【請求項３１】
請求項１４〜２９のいずれか一項に記載の複合体製品を前記方法請求項の供給材料として供給することを含む、溶融金属を製造する方法であって、前記複合体製品が請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法で形成され、前記製品が十分大きく、且つ前記方法を実行するための高温処理プラント中の高温炉中の高温及び反応条件に耐えて必要な時間にわたって炉内における製品の制御された溶解を促進する、強度などの必要な機械的性質を有する、方法。
【国際調査報告】
2013533366.tif 000008
2013533366.tif 000009