(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
650℃〜800℃の温度と少なくとも90重量%の初期金属化率を有する高温金属化鉄粒子に添加物を混合して、高温金属化鉄粒子と添加物との粒子混合物を形成する混合工程と、
650℃〜740℃の温度で前記粒子混合物をブリケットに形成する成形工程とを含む鉄合金ブリケットの製法であって、
前記添加物は、フェロアロイ粉末と金属含有灰分とを含み、
前記フェロアロイ粉末は、前記高温金属化鉄粒子を更に還元し又は金属化する還元金属を含み、
前記金属含有灰分は、チタン、コバルト、バナジウム、クロム、ニオビウム、マンガン、ニッケル及びそれらの混合物からなる群から選択される合金化金属を含み、
前記混合工程は、前記還元金属を前記高温金属化鉄粒子内の酸素と反応させて前記還元金属の酸化物を形成する工程を含み、
前記還元金属の酸化物を形成することにより、後の溶解工程に対するエネルギ要求量を低減する熱を発生することを特徴とする鉄合金ブリケットの製法。
【請求項２】
前記混合工程で前記還元金属を前記高温金属化鉄粒子と反応させて、初期金属化率よりさらに大きい金属化率まで前記高温金属化鉄粒子を更に還元する工程を含む請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項３】
前記混合工程を実施して前記添加物中の前記合金化金属と前記還元金属に対する前記金属化鉄粒子中の還元後の金属化鉄のモル比を1〜3の範囲に調整する請求項２に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項４】
前記添加物は、5μm〜250μmの範囲の粒子サイズを有する粒子状物質である請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項５】
前記フェロアロイ粉末は、クロム、ニッケル、バナジウム、マンガン、シリコン、ニオビウム及びそれらの混合物から成る群から選択される少なくとも1元素を含む請求項２に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項６】
前記金属含有灰分は、合金化金属を含む請求項２に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項７】
前記金属含有灰分は、重量基準で、11%〜48%の範囲の酸化バナジウム及び12%〜44%範囲の酸化ニッケルを含む請求項２に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項８】
前記フェロアロイ粉末は、フェロシリコンを含み、前記金属含有灰分は、酸化バナジウム及び酸化ニッケルを含む請求項２に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項９】
前記添加物は、別工程から得られる廃棄物である金属含有灰分を含む請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１０】
前記別工程は、炭化水素燃焼工程である請求項９に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１１】
前記混合工程は、還元容器に酸化鉄を供給する工程と、前記還元容器内の酸化鉄を還元ガスに接触させて初期金属化率を有する高温金属化鉄粒子を生成する工程とを含む請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１２】
前記還元容器は、バブリングベッド反応器、噴流層反応器、循環流動層反応器、バッチ式炉及び直立炉からなる群から選択される請求項１１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１３】
前記還元容器内で混合工程を行う請求項１１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１４】
前記高温金属化鉄粒子は、2重量%の炭素を含む請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１５】
前記高温金属化鉄粒子と前記添加物とを700℃〜800℃の範囲の温度で混合する請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１６】
前記高温金属化鉄粒子と前記添加物とを740℃〜790℃の範囲の温度で混合する請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【請求項１７】
670℃〜720℃の範囲の温度で前記成形工程を行う請求項１に記載の鉄合金ブリケットの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
発明は高温ブリケット化した鉄の製造方法、特に合金化ブリケット製造用固体金属化鉄粒子の高温塊状化法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱成形により製造され広範囲の炭素を含む鉄ブリケットは、製鉄及び製鋼用の供給原料として有益である。鉄ブリケットは、商業的に「高温ブリケット化鉄」又は「HBI」と呼ばれる。海上輸送に有利な細粒形又はペレット形のいずれかに形成された金属化酸化鉄の再酸化及び自己点火の抑制に有益な高温ブリケット化技術は長年用いられている。
米国特許第 5,698,009号は、高温銑鉄の製造に使用する予め還元され高温鉄粒子の塊状化法を示す。この米国特許では、溶融炉に通す前に予め還元された高温鉄又は粒子に含アルミニウム含有金属紛等の結合材が添加される。結合材を添加する目的は、得られる固体に充分な機械的圧縮強度を与えて、溶融炉内の固体による機械的負担に耐えるためである。使用する結合材はこの工程中のエネルギ利用に常に悪影響を及ぼし、製造する金属の品質にも悪影響を与えるおそれがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
効率的な製造工程により鉄を熱間ブリケット化して高品質の製品を得る方法の需要は依然として存在する。また、製鋼法では所望の特性の付与に高価な合金添加物又は金属を必要とすることが多い。
よって、本発明の第１の目的は、効率的に鉄合金ブリケットを製造する方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、特定の製鋼法に有益な所望の合金化金属を含む鉄合金ブリケットを製造する方法を提供することにある。
本発明の別の目的は、最終ブリケット製品が高い金属化率を有する鉄合金ブリケットを製造する方法を提供することにある。
本発明のその他の目的と利点は下記に述べる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の前記目的と利点は下記の手段により容易に達成される。
本発明による鉄合金ブリケットの製法は、650℃〜800℃の温度と少なくとも90重量%の初期金属化率を有する高温金属化鉄粒子に添加物を混合して、高温金属化鉄粒子と添加物との粒子混合物を形成する混合工程と、高温金属化鉄粒子内の残留酸素と添加物との反応により発熱させる工程と、650℃〜740℃の温度で粒子混合物をブリケットに形成する成形工程とを含む。添加物は、フェロアロイ粉末と金属含有灰分とを含み、フェロアロイ粉末は、高温金属化鉄粒子を更に還元し又は金属化する還元金属を含む。金属含有灰分は、チタン、コバルト、バナジウム、クロム、ニオビウム、マンガン、ニッケル及びそれらの混合物からなる群から選択される合金化金属を含む。混合工程は、還元金属を高温金属化鉄粒子内の酸素と反応させて還元金属の酸化物を形成する工程を含み、還元金属の酸化物を形成することにより、後の溶解工程に対するエネルギ要求量を低減する熱を発生する。最も好適なフェロアロイ粉末はフェロシリコンであり、金属含有灰分は一つ又はそれ以上の遷移金属元素、最も好適には酸化バナジウムと酸化ニッケルを含むとよい。金属含有灰分は種々の炭化水素燃焼工程から容易に入手できる廃棄物である。
本発明の鉄合金ブリケットの製法は、エネルギ消費量と廃棄物処理費を軽減しつつ好ましい合金化金属を含む高品質のブリケットを提供しかつ効率的な炭化水素燃焼廃棄物を使用すると共に、熱を有効に利用できる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による鉄合金ブリケットの製法の実施の形態を図１及び図２について説明する。
発明は高温ブリケット鉄の製造方法、特に、合金ブリケット製造用の固体金属化鉄粒子の高温塊状化方法に関する。
図１は本発明による一実施の形態である鉄合金ブリケットの製法を概略的に図示する。この方法では、酸化鉄粒子は供給ライン12を通じて還元容器10に供給される。還元容器10は酸化鉄微紛の高圧処理に適する反応器又は容器、例えばバブリングベッド（沸騰層）反応器、噴流層反応器又は循環流動層反応器でもよく又はバッチ式若しくは直立炉を使用して粗粒酸化鉄又は微粒酸化鉄の低圧処理用に適する反応器でもよい。ガス出口ライン18、除塵装置20、脱水装置22、二酸化炭素除去装置24及びガス入口ライン16を含む通常の還元ガス管路（ループ）14を通じて、還元ガスは還元容器10に循環される。除塵装置20、脱水装置22及び二酸化炭素除去装置24で処理されたガスはコンプレッサ26を通じてガス入口ライン16に供給され、必要に応じて供給ライン28から導入される新鮮な還元ガスと混合され、ガス入口ライン16を通じて還元容器10に戻される。酸化鉄は還元容器10内で還元ガスと反応して高温金属化鉄粒子となり、ライン30を通じて還元容器10から排出される。
【０００６】
高温金属化鉄の粒子状生成物は少なくとも約90重量%の金属化率であるのが好ましく、金属化率は総鉄量に対する金属鉄又は還元鉄の百分率として定義される。高温金属化鉄の粒子状物質は、通常約2重量%の炭素及び約1〜約2重量%の酸素を含む。
本発明では、例えば供給ライン32から導入される添加物を粒子状の高温金属化鉄に混合した後、混合容器34内に供給し、粉末状の添加物によって混合容器34内で高温金属化鉄粒子を更に還元又は金属化し、粒子状の高温金属化鉄に所望の合金化金属を導入すると共に、全発熱反応期間中にその後の溶融工程又は他の工程に対し付加的に熱を供給できるものがよい。
少なくとも約650℃、好適には約700℃〜約800℃の範囲、更に好適には約740℃〜約790℃の範囲の温度で粒子状の高温金属化鉄に添加物を混合するとよい。本発明では、添加物は、フェロアロイ粉末、金属含有灰分及びそれらの混合物からなる群から選択された粒子状の添加物がよい。最も好適には、フェロアロイ粉末と金属含有灰分の両方を含む添加物がよい。
【０００７】
本発明では、最終ブリケット製品に組込まれる合金化金属が既に内部に存在するブリケットを種々の製鋼工程で使用できるので、製造工程の完了時に最終ブリケット製品に組込まれる合金化金属を含む添加物が有利である。また、本発明では、ブリケット化プロセス中に金属化鉄粒子中に残留する酸化鉄とよく反応して、追加の金属化を形成しかつ得られる高温ブリケット化鉄の金属化率を増加する還元金属を含む添加物が有利である。
本発明では、適切なフェロアロイ粉末はクロム、ニッケル、バナジウム、マンガン、シリコン、ニオビウム及びそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも1元素を有す鉄のフェロアロイを含む。より好ましくは、フェロアロイ粉末はフェロシリコン、フェロマンガン及びそれらの混合物、また最も好ましくはフェロシリコンを含む。下述のように、シリコンは還元金属として働きまた金属化鉄中の残留酸素と反応して発熱反応でシリカを生成するので、前記物質は有利である。鉄粒子状物質の望ましい更なる還元と金属化に加えて、フェロアロイ粉末中に含まれる前述金属の如何なる１種又は２種以上は最終製品内に存在する所望の合金化金属となる。
【０００８】
粉末添加物の金属含有灰分は、固体又は液体炭化水素燃焼工程など他の種々の工程から廃棄物又は副産物として生成されるフライアッシュが好ましい。添加物の金属含有灰分は、通常、その後の製鋼工程用の合金化金属として最終ブリケット製品に含まれるのが望ましい１種又は２種以上の金属を含む。望ましい合金化金属の例として、特に稠密六方格子（HCP）、体心立方格子（BCC）及び面心立方格子（FCC）の結晶学的性質を有するチタン、コバルト、バナジウム、クロム、ニオビウム、マンガン、ニッケル及び他の何らかの適当な金属がある。金属含有灰分は酸化物として通常存在する遷移金属、好ましくは酸化バナジウムと酸化ニッケルがよい。前記金属は合金化金属として有用であり、最終ブリケット製品に良好に組み込まれる。適切なフライアッシュは約11重量%〜約48重量%の範囲の酸化バナジウム及び約12重量%〜約44重量%の酸化ニッケルを含むとよく、最も好適にはV2O3又はV2O5として存在する酸化バナジウムである。金属含有灰分の残部は通常シリカ、酸化鉄、アルミナ、炭素及びその他の代表的な燃焼生成物でよい。
【０００９】
特に好ましい添加物は上記比率の酸化ニッケルと酸化バナジウムを含むフライアッシュとフェロシリコンとを含む。
添加物中の金属に対する還元後の金属化鉄のモル比は約1〜約3の範囲で高温金属化鉄粒子と粉末添加物とを混合するのがよい。
添加物は約5〜約250μmの範囲の粒子サイズを有する粒子状物質がよい。
詳記すれば、所望の合金化金属を含む金属含有灰分を容易に入手でき、また合金化金属は最終製品中に良好に存在させて特定の製鋼法で極度に有益なブリケットを形成することができる。
粒子、微紛、塊若しくはペレット状又は還元容器（反応器）10内での処理に適する他のいかなる形態で高温金属化鉄粒子を供給してもよく、本明細書では、全ての形態を「粒子」と総称する。
高温金属化鉄粒子と添加物とを混合容器34内で密接に混合して、純粋な窒素等の高温不活性ガスの流れ中に混合物を曝露し又は炭化水素の燃焼により生成され還元管路（ループ）14から入手可能な何らかのガスを使用して、実質的に化学的及び機械的に均質な諸元素の混合を行う。このガスは工程環境に対して不活性である。適当な不活性ガスの選択は、粉末添加物に使用するフェロアロイの酸化電位と金属化鉄粒子の炭素含有量に依存する。
【００１０】
不活性ガスは供給ライン36を通じて混合容器34に供給するとよい。
混合工程中、添加物の還元金属部分は高温金属化鉄粒子中の残留酸化鉄と反応して高温金属化鉄粒子の更なる還元と金属化を行う作用がある。また、添加物の合金化金属成分も還元されて最終製品中に組込まれるので、最終製品は高度の金属化鉄を示し、一酸化炭素、二酸化炭素及びシリカなど除去可能な酸化物及び還元された合金化金属元素を含む。
前記反応は余剰熱を生成する発熱反応であり、この工程段階では、余剰熱を有効に使用して、その後の溶融工程等に必要なエネルギ消費量を低減することができる。また、製品の金属鉄含有量の増加は高品質の最終製品の製造に望ましい。
少なくとも部分的に反応した高温金属化鉄粒子と粉末添加物を含む高温固体混合物は、通常約650℃〜約740℃の範囲、好ましくは約670℃〜約720℃の範囲の温度で混合容器34からライン38を通じてブリケット化装置に供給されて、所望量の合金元素を含む望ましい高温合金ブリケットを生成し、高温合金ブリケットを図１に略示する冷却回路40に排出するか又はライン42を通じて溶融炉又は溶解炉に高温排出するかいずれでもよい。
【００１１】
本発明の鉄合金ブリケットの製法により製造されるブリケットは、ブリケットの最終用途により、多種多様な金属又は金属の組合せ又はその他の合金添加物を含むように調整することができる。例えば、合金化金属として特定量のニッケルとクロムを含むブリケットを製造してステンレス鋼の製造に有用な最終ブリケット製品を得ることができる。別法として、合金化金属として特定量のバナジウムとマンガンを含みかつ高強度の低合金又は炭素鋼の製造用に有用なブリケットを製造することもできる。勿論、他の特殊なタイプの製鋼に有用な他の多種多様な型式のブリケットも製造できる。
【００１２】
図２は、本発明による他の実施の形態を図示する。図２は、供給ライン32aを通じて供給される添加物を還元容器10内で高温金属化鉄粒子と混合することを除き、図１と実質的に同一である。ライン30から排出された混合物は、混合器34を通り前記ブリケットを成形する所望の反応物質となる。図２に示す実施の形態では、本発明の範囲内で粒子状添加物を還元容器10内に添加するが、図１に示すように、本発明の粒子状添加物は還元容器10の後工程で金属化鉄の粒子状物質に導入するほうがよい。
【００１３】
本発明の特に有利な実施の形態の特徴は、酸化バナジウム及び酸化ニッケルを含む金属含有灰分とフェロシリコン粉末とを含む粒子状又は粉末状の添加物を使用する点にある。フェロアロイ粉末は、高温金属化鉄粒子を更に還元し又は金属化する還元金属を含み、還元金属の酸化物を形成することにより、後の溶解工程に対するエネルギ要求量を低減する熱を発生する。高温金属化鉄粒子内の酸素と還元金属との反応により発熱反応が発生する。発熱反応を下式に示す：
2 FeO + FeSi ＝ 3Fe + SiO2
FeO + C = Fe + CO
2 NiO + FeSi = Fe + 2 Ni + SiO2
2 V2O3+ 3FeSi = 3 Fe + 4 V + 3 SiO2
酸化ニッケルとフェロマンガンとの混合でも同様の反応が発生する。ニッケルとバナジウムは固体状態で金属鉄と反応して、製鋼工程中の溶解段階に対する鉄合金を形成する。シリコンは酸化鉄と反応してシリカと還元鉄を形成し、シリカの形成に伴う余剰熱も溶解工程に必要なエネルギ消費量の低減に役立つ。
【００１４】
例
この例では、還元容器内で還元反応を行い、92〜93重量％の金属化率を有する粒子状の高温金属化鉄を準備した。粒子状の高温金属化鉄は約1.5〜1.8重量%の炭素及び約1.8〜2.0重量％の酸素を含んでいた。粉末添加物は、高温ブリケット鉄のトン当りフェロシリコン約100〜120 kg及び高温ブリケット鉄のトン当りフライアッシュ135〜150 kgを含んでいた。金属含有灰分は、V2O3とV2O5の酸化バナジウム48%及び酸化ニッケル12%を含んでいた。鉄と添加物を混合して、酸化ニッケルと酸化バナジウムに対する金属化鉄のモル比を約1.59〜約2.66の範囲に調整した。約560℃の工程温度で、初期の高温金属化鉄の粒子状物質の金属化率は、炭素との反応による溶解前に約2〜約3.5%ポイントの範囲で増加し、最終製品中にニッケルとバナジウムが存在した。
【００１５】
発明はその精神又は基本的特徴から逸脱することなく、前記実施の形態以外の形態で具体化するか又は他の方法で実施することができる。本実施の形態は全ての観点から例示であり、特許請求の範囲を限定しないと考えるべきである。特許請求の範囲は添付された請求範囲に記載され、また同等の意味及び範囲内に該当する全実施の形態の変更を含む。
【００１６】
【発明の効果】
前記の通り、本発明では、エネルギ消費量と廃棄物処理費を軽減しつつ効率的に鉄合金ブリケットを製造でき、この鉄合金ブリケットは、特定の製鋼法に有益な所望の合金化金属を含みかつ高い金属化率を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による鉄合金ブリケットの製法の実施の形態を示す概略図
【図２】  本発明による他の実施の形態を示す概略図
【符号の説明】
１０・・反応器、１２・・供給ライン、１４・・還元ループ、１６・・ガス入口ライン、１８・・ガス出口ライン、２２・・脱水装置、２４・・普通除塵装置、２６・・コンプレッサ、２８・・供給ライン、３０・・ライン、３２・・供給ライン、３２ａ・・供給ライン、３４・・混合容器、３６・・供給ライン、３８・・ライン、４０・・冷却回路、４２・・ライン
【図１】
0004010526.tif 000002
【図２】
0004010526.tif 000003