(57)【要約】  本発明は、即ちスラグ相の水和プロセスに関連する鉄鉱石ペレットに関する現状技術水準を改良する適切な方法を提供することによって、備蓄の際に風化による鉄鉱石ペレット劣化の問題を最少に抑えるのに有効な方法に言及する。従って、スラグ相における水和を最少に抑えるために、鉄鉱石ペレットの製造に使用される混合物中に、熱処理される前に安定化剤を導入する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鉱石ペレットのスラグ相エージングプロセスの際に、鉄鉱石ペレットを保護する方法であって、熱処理された鉄鉱石凝集物のスラグ相に対して水和反応防止剤を加える工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
低温凝集プロセス(ペレット化又は微小凝集)の前に、前記防止剤を鉱泥に加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記エージング防止剤が金属酸化物を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属酸化物が、アルミニウム、カオリナイト(Ａｌ２Ｏ３.２ＳｉＯ２.２Ｈ２Ｏ)、微小シリカ、酸化チタン、Ｍｇ、及びＺｎからなる材料の群から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記金属酸化物が、好ましくはケイ酸塩のＫ、Ｎａ、及びＣａ含有量を下げる、他の酸化物から選択されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記金属酸化物が、生成物の望ましい化学的安定性に応じて、最大限界に達するまで、増加する速度で導入され、試験されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記金属酸化物が、増加する速度で、好ましくは焼成後の前記凝集物中における前記スラグの組成物が、(Ｃａ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ)＜４５％及び
【数１】
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の条件を同時に満足する効果に、導入され、試験されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記プロセスの最後で、前記ペレットが、鉄及び鋼市場で受け入れられる化学的品質を有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記防止材料が、粒子状物質＜45μm又は好ましくは80％＜20μmに適合し、スラグ中での安定化元素のより大きな反応性及び一体性を確保することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記防止材料が、粉体として、又は鉱泥中に希釈されて加えられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法が、耐性が前記スラグ相中のケイ酸カルシウム及び鉄の種類に依存する、他の種類の鉄鉱石凝集物にも適用できることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、備蓄の際に鉄鉱石ペレット強度の損失を防止するための添加剤の使用に関する。
【発明の背景】
【０００２】
鉄鉱石を特定の添加剤と混合し、ディスクペレット化又は回転ドラムに好適な化学組成物を製造するプロセスにより、鉄鉱石ペレットが製造されることは良く知られている。次いで、得られたペレットをキルンに入れ、焼成して取扱いに対する耐性を与え、還元反応器で使用するのに適したものにする。実際、鉄鉱石ペレットを融体鋼として使用することには、特に取扱いの際、及び還元反応器中で微粉の発生が少なく、他の融体鋼成分、特に焼結製品、に対して、スラグの形成が少ないので、多くの利点がある。しかし、微粉の発生に関して、ある種の鉄鉱石ペレットの物理的品質を監視することにより、その製造からその使用までに、山積み時間、ヤードにおける経過時間、及び輸送を含めて、物理的な耐性の損失が経時的に見られる。鉄鉱石ペレットの物理的品質の劣化には、
・  顧客が受け取った時に、より多くの微粉の発生、
・  還元プロセスにおけるペレットの性能低下、
・  契約に従わないことの危険性、
・  ペレット化設備の生産性の制限と重大な収入の低下
が伴う。
【０００３】
鉄鉱石ペレットの物理的品質が劣化する主要原因は、水分及び他の環境的な要因との相互作用により引き起こされる風化であることもよく知られている。この理由から、雨水及び粒子状物質の放出を抑えるのに使用する水は、エージングサイクル頻度に強い影響を及ぼす。しかし、これまで、鉄鉱石ペレットを備蓄する際の、水和プロセスとそれに続くスラグ相の可溶化を削減するのに、真に有効なメカニズムは発見されていない。
【発明の概要】
【０００４】
従って、上記の問題を最少に抑えるために、本発明は、酸化雰囲気中で熱処理する前に、鉄鉱石ペレット製造混合物にエージング防止剤を導入し、スラグ相における水和を抑制する。
【０００５】
より詳しくは、本発明は、備蓄の際に風化により引き起こされるペレットの劣化問題を最少に抑えること、即ち備蓄の間に、スラグ相の水和プロセスによりもたらされるペレットの耐性損失に関して、現状技術水準を改良するための好適な方法を提供することを目的としている。
【０００６】
従って、本発明は、鉄鉱石ペレットのスラグ相エージングプロセスの際に、鉄鉱石ペレットを保護する方法であって、熱処理された鉄鉱石凝集物のスラグ相のための水和反応防止剤を加える工程を含む、方法を提供する。
【０００７】
本発明の方法の好ましい態様では、低温凝集プロセス(ペレット化又は微小凝集)の前に、防止剤を鉱泥（pulp）に加え、エージング防止剤が金属酸化物を含む。
【０００８】
金属酸化物は、好ましくはアルミナ、カオリナイト(Ａｌ２Ｏ３.２ＳｉＯ２.２Ｈ２Ｏ)、微小シリカ、酸化チタン、Ｍｇ、及びＺｎからなる材料の群から選択されるが、ケイ酸塩のＫ、Ｎａ、及びＣａ含有量を下げる、他の任意の金属酸化物から選択することもできる。
【０００９】
金属酸化物は、生成物の望ましい化学的安定性に応じて、最大限界に達するまで、ある増加率で導入し、試験することができる。好ましくは、これは、焼成後の凝集物中におけるスラグの組成物が、(Ｃａ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ)＜４５％及び
【数１】
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の条件を同時に満足する最小限界まで行う。
【００１０】
防止材料は、粒子状物質＜45μm又は好ましくは80％＜20μmに適合し、スラグ中での安定化元素のより大きな反応性及び一体性を確保する必要がある。
【００１１】
さらに、防止材料は、粉体として、又はスラリー中に希釈して加えることができる。
【００１２】
最後に、本発明の方法は、耐性がスラグ相中のケイ酸カルシウム及び鉄の種類によって異なる、他の種類の鉄鉱石凝集物にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１ａ】図１ａ及び１ｂは、本発明において水中で水和させた鉄鉱石ペレットの微小構造分析の結果を示し、図１ａは、ペレット表面に対する水和の影響を示す。
【図１ｂ】図１ａ及び１ｂは、本発明において水中で水和させた鉄鉱石ペレットの微小構造分析の結果を示し、図１ｂは、水和の進展と時間の関係を示す。
【図２】図2は、水中でのソーダガラスの腐食メカニズムを示す。
【図３】図3は、鉄鉱石ペレットの一種類における合成スラグネットワークの浸出及び溶解が関与する、化学的エッチングプロセスにおける工程を示す。
【図４ａ】図4aは、水中でのソーダ−石灰ガラスの腐食に対する配合及び酸化物の影響を示す。
【図４ｂ】図4bは、水中でのソーダ−石灰ガラスの腐食に対する配合及び酸化物の影響を示す。
【図５】図5は、鉄鉱石ペレットの幾つかの種類の、合成スラグ相の化学組成物の溶解プロセスに対する影響を示す。
【図６】図6は、工業的に製造された鉄鉱石ペレットの幾つかの種類の、圧縮強度の変化を示す。
【図７】図7は、ペレット化プロセスのフローチャートを示す。
【図８】図8は、パイロット規模で製造された鉄鉱石ペレットにおけるエージングを防止する、酸化物原料の粒度分布を示す。
【図９】図9は、パイロット規模で製造された鉄鉱石ペレットにおける、水和プロセスを防止するために添加した材料による、金属酸化物の導入を示す。
【図１０】図10は、水和プロセスにおいて、抑制する金属酸化物を加えた、及び加えていない焼成した鉄鉱石ペレットの、圧縮強度の変化を示す。
【発明の詳細な説明】
【００１４】
下記の詳細な説明は、本発明の範囲、適用性、又は形態の制限を一切意図するものではない。より正確には、下記の説明は、典型的な態様を実施するための配置を与えるものである。本明細書に提供された説明を用いることにより、当業者は、本発明の範囲を越えずに使用できる好適な代替案を理解することができる。
【００１５】
備蓄及び輸送の際の風化による鉄鉱石の劣化は、多くの鉄鉱石製造会社が直面している深刻な問題である。従って、本発明は、鉄鉱石ペレットエージングに関連して、特に外界湿分又は雨から来る水分が、鉄鉱石ペレット耐性の深刻な損失のために、大きな問題となるスラグ相に関連して、まだ達成されていない解決策を提案することにより、現状技術水準を進歩させることを目的としている。
【００１６】
最初の調査は、スラグ相におけるエージングメカニズムを理解することに焦点を合わせた。このために、グリッドの上部及び底部にわたる層で集めた工業的ペレットを調査した。これらのペレットを切断し、脱イオンした蒸留水に室温で60日間浸漬した。小さな時間間隔でエッチングしたペレットも、現象の発生を評価した。そこから、ペレット表面に対する水分の影響、経時的な水和の進展、及び水和の水和反応残留物を検査した。
【００１７】
この分析の結果を、水和反応残留物の特性に関して下記の表01及び図1a〜1bに示す。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
【表２】
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【００２０】
結果は、
・  水和プロセスによる生成物は、Ｆｅイオンが存在しない、Ｓｉ及びＣａを基剤とする化合物(トルベモライト)であり、Ｃａフェライトではなく、ケイ酸カルシウムの水和により引き起こされたという仮定を示唆している。
・  下記の反応に基づき、方解石結晶が、ＣＯ２とのこの反応により発生した水酸化カルシウムの反応により形成される。
【化１】
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・  ケイ酸カルシウムの部分的浸出が、ペレットの粒間気孔率を増加させ、それによって物理的な弱体化又は機械的強度の損失が増大した。
・  炭酸カルシウム結晶の成長及び核生成が、水分との接触後の最初の10日間で顕著になった。
【００２１】
スラグの溶解に関与するメカニズムが解明されたので、すなわち、外界水分又は雨に露出された時に、ケイ酸カルシウムの全ての変形を含むガラス結合剤相から分解又は部分的浸出によりエージングが引き起こされるので、これらのメカニズムに影響を及ぼすファクターを次に研究した。
【００２２】
この二、三十年の間にガラス工業に関連する学問的な研究発表は、水によるソーダ-石灰ガラスの腐食メカニズムが、図２の図式によって起こることを示唆している。第一段階の反応(a)では、溶液中でガラスのナトリウム(Ｎａ+)とカリウム(Ｋ+)イオンと水素イオンの間で交換があり、第二段階の反応(b)では、主要な接続(Ｓｉ-Ｏ-Ｓｉ)が壊れ、ガラス構造の溶解を引き起こす。
【００２３】
図３には、鉄鉱石ペレットの種類と類似した組成物で、合成ケイ酸塩浸出の進展が示されている。図３では、
−  Ａとして強調されたピークは、Ｓ−ピーク、即ちＯ−Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ結合を示す、保護層の形成が無い、ガラス表面の化学的エッチングを示す表面粗さの増加に関する(ネットワーク溶解)、
−  Ｂとして強調されたピークは、ＮＳ−ピークに関連するピーク、即ちガラス表面上の変性陽イオン含有量の増加を示し、深刻な腐食から生じる塩、例えばＮａ２ＣＯ３及びＣａＣＯ３、の堆積に関連する、
−  Ｃとして強調されたピークは、水和帯に関連し、即ち第一日及び第三日に十分に進展しているので、ガラス構造中の水の存在を示す。
【００２４】
このガラスは、腐食に対する保護メカニズムであるＳｉＯ２濃度の高い層の形成が見られないと仮定すると、水溶液の存在により連続的に溶解する傾向がある。
【００２５】
ソーダ−石灰ガラスの場合、アルカリ土類金属酸化物又は他の二価もしくは三価の酸化物をガラスに配合すると、図４ａ及び４ｂにより、水に対する化学的耐性が著しく増加する。
【００２６】
同じ進展プロファイルは、鉄鉱石ペレットに対するエージング試験で見られる。この試験では、水和プロセス、またはエージングに対する、合成スラグ相鉄鉱石ペレット組成物の影響も、図５に示すように明白である。これらの結果から、次のことが分かる。
・  タイプＣペレットスラグは、第一日から溶解に対してより耐性がある。
・  Ｂタイプペレットから得たガラスの溶解は、Ｃタイプに類似した初期挙動を示し、それに続く日に恐らく保護層が発達し、Ｃタイプペレットの挙動に近づく。
【００２７】
これらの結果は、図６に示すように、工業で実際に行われていることと一致しており、ペレットの相対的な強度損失に強く対応し、エージングによる劣化現象に対するスラグ組成物の強い影響を確認している。
【００２８】
従って、本発明の目的は、鉄鉱石ペレットを備蓄する際に起こる水和を最少に抑えるために、スラグ相に働きかけることである。換言すれば、本発明の主目的は、ペレットのスラグ相における組成物を安定化させる効果的な方法を提供し、それによって水和反応を最少に抑え、風化プロセスにおいてペレットを安定化させ、ペレットのエージング及び物理的な耐性の損失を防止することである。
【００２９】
従って、鉄鉱石ペレットのスラグ相における水和を最少に抑えるために、熱処理の前に、安定化化合物を混合物に添加する方法を開発した。より詳しくは、エージング防止剤をスラグ相組成物に導入する。さらにより詳しくは、エージング防止剤は、実質的に図4a及び4bに推奨される元素、特にＢａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｚｒ、Ａｌ、及びＺｎから選択された金属酸化物からなる。より好ましくは、還元反応器で鉄鉱石ペレットの使用に必要な品質に対する影響が最小である元素、例えばＡｌ及びＳｉ、が推奨される。理論的には、変性元素としてケイ酸塩組成物に入るので、これら添加剤の量には制限はない。文献中には、18％までのＡｌ２Ｏ３を含むガラスがある。従って、スラグ相におけるエージングを防止するのに配合すべき最大量は、ペレットの望ましい化学的品質により制限される。換言すれば、これら酸化物の量は、ペレットの化学的組成物に重大な変化を引き起こさないように、最少量にすべきである。結果は、そのような材料の指示する供給源における金属酸化物含有量及びスラグ相における金属酸化物の同化速度、及びこれらの酸化物の供給源として使用され、スラグにおけるそれらの反応性及び一体性を確保する材料の粒度分布により、主として左右される。理想的には、これらの原料物質は、使用すべき材料の量を最少に抑えるために、100％10μm未満であるべきである。しかし、反応性に影響を及ぼすことがある他の特性、例えば気孔率、粒子径、その他、及び添加元素に関する鉄鉱石ペレットの規格に応じて、これより大きくてもよい。
【００３０】
エージング防止金属酸化物の原料物質は、鉄鉱石混合物に、どのような形態、例えば水溶液又は乾燥材料(粉体)、でも加えることができる。配合は、これらの用途に通常の装置を使用して行うべきである。増粘及びろ過工程の際に、鉱泥から超微小粒子状物質を部分的に除去することができる場合、ろ過とペレット化工程の間で加えることが推奨される(図７)。鉱石質量に対して添加剤は少量なので、均質化工程により、混合物全体に分布させ、エージング防止効果における偏差を可能な限り最小に抑えることが重要である。
【００３１】
提案する解決策を、パイロットスケールで試験し、結果を、ベンチスケールで得た結果と確認した。これらの試験では、４種類の材料の性能を評価し、２組の実験で、下記の表02に示すように、３種類がＳｉ及びＡｌ酸化物濃度が高く、１種類(μｍ)はケイ素濃度が高い。表02に、パイロットスケールで製造したエージング防止金属酸化物の供給源の化学的組成物を示す。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
これらの材料の粒度分布を図８に示す。図９は、水和プロセスを防止するために加える材料による金属酸化物配合を示す。図１０は、防止剤原料を加えた、及び加えていない、備蓄後に焼成したペレットに対する耐性を示す。これらの結果から、水和されたケイ酸アルミニウム(SHA)を0.3％〜0.7％の量で使用することにより、鉄鉱石ペレットエージングプロセスを防止するのに効果的であり、これらの防止剤は、焼成したペレット中のＳｉＯ２およびＡｌ２Ｏ３の使用量を0.10％〜0.3％にしたときに、好ましくない効果があると結論付けることができる。
【００３４】
上記の詳細な説明で、本発明を具体的な手順を参照しながら説明した。しかし、上記の請求項に記載する本発明の範囲から離れることなく、多くの修正及び変形を行うことができることは明らかである。
【００３５】
口頭装置の使用を確認するための様々な種類の装置、システム、及び方法を説明したが、当業者には明らかなように、多くの他の方法及び実施が、付随する請求項の範囲内で可能である。従って、装置の口頭使用を確認するための装置、システム及び方法は、付随する請求項及びそれらの等価物に限定されるものではない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月5日(2013.7.5)
【手続補正１】
【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】
鉄鉱石ペレットのスラグ相エージングプロセスの際に、鉄鉱石ペレットを保護する方法であって、熱処理された鉄鉱石凝集物のスラグ相に対して、金属酸化物から構成される水和反応防止剤を加える工程を含むことを特徴とする、方法。
【請求項２】
低温凝集プロセス(ペレット化又は微小凝集)の前に、前記防止剤を鉱泥に加えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属酸化物が、アルミニウム、カオリナイト(Ａｌ２Ｏ３.２ＳｉＯ２.２Ｈ２Ｏ)、微小シリカ、酸化チタン、Ｍｇ、及びＺｎからなる材料の群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記金属酸化物が、好ましくはケイ酸塩のＫ、Ｎａ、及びＣａ含有量を下げる、他の酸化物から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記金属酸化物が、増加する速度で、好ましくは焼成後の前記凝集物中における前記スラグの組成物が、(Ｃａ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ)＜４５％及び
【数１】
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の条件を同時に満足する効果に、導入され、試験されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項６】
前記プロセスの最後で、前記ペレットが、鉄及び鋼市場で受け入れられる化学的品質を有することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項７】
前記防止材料が、粒子状物質＜45μm又は好ましくは80％＜20μmに適合し、スラグ中での安定化元素のより大きな反応性及び一体性を確保することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記防止材料が、粉体として、又は鉱泥中に希釈されて加えられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
【請求項９】
前記方法が、耐性が前記スラグ相中のケイ酸カルシウム及び鉄の種類に依存する、他の種類の鉄鉱石凝集物にも適用できることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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