鉄鉱石の団鉱化
【課題】鉱物学的性質、多孔性、サイズ分布および化学組成に基づく原料の特性等の要因に着目して、団鉱の製造について広範な研究を行い、高炉および他の直接還元炉での使用に適切な特性を有する団鉱を提供する。
【解決手段】（１）鉱石／融剤を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤とを混合する工程、（２）団鉱の品質および製品収率を最適化するために、混合工程（１）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、（３）鉱石／融剤混合物をプレスして生団鉱にする工程、および（４）焼成された団鉱を形成するために生団鉱を硬化させる工程を含む鉄鉱石団鉱の製造方法を導入する。
【解決手段】（１）鉱石／融剤を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤とを混合する工程、（２）団鉱の品質および製品収率を最適化するために、混合工程（１）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、（３）鉱石／融剤混合物をプレスして生団鉱にする工程、および（４）焼成された団鉱を形成するために生団鉱を硬化させる工程を含む鉄鉱石団鉱の製造方法を導入する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［発明の開示］
本発明は、製鉄プロセスにおける輸送と使用に適切な鉄鉱石団鉱の製造に関する。
【０００２】
鉄鉱石の塊成化方法は、１８００年代後半から発展してきていた。しかしながら、利用可能な方法の全ての中で、現在、ペレット法および焼結法のみが有意義であり、しかし、それらの方法にはある種の不利益がある。
【０００３】
ペレット化は、水分のある鉱石微粉からペレットを形成することと、次いで１３００℃程度の温度でそれを焼成することという２つの異なる操作からなる。適切なペレットを調製するためには、一般的には、鉱石の６０％台が４５μｍ未満を通過するようなサイズまで鉱石をきわめて微細に粉砕することが重要である。次いで、これを一般に適切なバインダーの添加とともに、水平ドラムまたは傾斜ディスクのいずれかにおいてペレットに成形する。次いで、成形されたペレットを、シャフトキルン、水平可動格子、または可動格子とロータリーキルンの組み合わせにおいて、ときに硬化(induration)と称されるプロセスで焼成する。ペレット化は、微細な精鉱を塊成化させる実際的で商業的にも魅力的な方法であるが、しかし、要求される粒子のサイズ設定を達成するために実質的な粉砕を必要とし、エネルギー集約的な方法である。針鉄鉱−赤鉄鉱鉱石から作られたペレットは、プロセスの経済性に影響を及ぼす長い硬化時間を必要とする。コークスの形態の固体燃料が、硬化時間を削減するためにしばしば加えられるが、このことは、（ダイオキシン、ＮＯx およびＳＯx を含む）有害な放出物の発生をもたらす。
【０００４】
焼結は、水分のある鉄鉱石微粉および他の微細原料を、固体燃料、通常は粉コークスとともに造粒することおよび、その造粒された混合物を通気性可動格子上に装填することからなる。温度が上昇するにつれ、空気は格子を通って下方に引かれる。短い燃焼時間の後、床の外からの加熱を止め、床の中の固体燃料が燃焼するにつれ、狭い燃焼帯域が床を通して下方に動き、それぞれの層が順次ほぼ１３００℃に加熱される。燃焼の間に粒子の間で結合が起こり、強い塊成化物が形成される。しかしながら、伝統的な焼結プロセスは、高いレベルの有害な放出物、特に硫黄酸化物およびダイオキシンをもたらし、それゆえ、焼結プロセスは、環境上の見地から、望ましくなく、維持することができない。
【０００５】
団鉱化は、１８００年代後期と１９００年代初期には商業的関心が存在した方法であるが、しかし、高炉供給原料としての使用のための鉄鉱石団鉱の製造は、顕著なレベルには決して達することなく、１９５０年以降には減少し、ほぼ１９６０年までには途絶えてしまった。実施されたプロセスは、鉱石微粉をプレスしてある程度の適切な大きさと形状のブロックにし、次いでそのブロックを硬化させることを含む。広範な、タールおよびピッチのようなバインダーおよび／または有機物、ケイ酸ナトリウム、硫酸鉄、塩化マグネシウム、石灰石およびセメントのような他の添加物が試験された。しかしながら、初期の団鉱化プロセスであるグレンダルプロセスは、単に、鉄鉱石を水と混合し、プレスして建設用レンガのサイズの直方体ブロックにすることを含むものであった。次いで、それらを、１３５０℃に加熱されたトンネルキルンを通過させることにより固化していた。
【０００６】
団鉱化プロセスの開発は、一般に、適切なバインダーの開発に向けられてきたが、特許文献１は、高炉における安定な分布を提供するために平坦な形状を有する団鉱を記載する。具体的には、その日本特許明細書は、平坦な形状の団鉱が、高温で、通常の球状ペレットよりはるかにより容易に還元されることを開示する。団鉱は、サイズの増加とともに弱くなる回転またはタンブル強度および耐衝撃性に対して相対的に大きな圧縮強度を均衡させるために体積２ないし３０ｃｃで作られる。その日本特許明細書は、より大きな団鉱は、高炉内で還元するのがより困難であることを開示する。しかしながら、団鉱の大きさと形状を除いて、重要なこととして記載されている他の要因は存在せず、実際、団鉱の製造のいずれの他の側面の詳細な記載も存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＪＰ６０−２４３２３２
【発明の概要】
【０００８】
本出願人は、鉄鉱石からの団鉱の製造について広範な研究を行い、高炉および他の直接還元炉における使用に適切な特性を有する団鉱を製造し得る方法を発明した。
【０００９】
本出願人は、この製造方法の成功には多数の重要な要因が存在することを見出した。それらの要因には、鉱物学的性質、多孔性、サイズ分布および化学組成に基づく原料の特性決定、次いで、適切な最終製品を製造するための最も適切な団鉱形成パラメーターおよび硬化パラメーターを含む要求されるパラメーターを決定するためのその情報の使用が含まれる。
【００１０】
本発明によれば、
（ａ）鉱石／融剤混合物を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤を混合する工程、
（ｂ）団鉱の品質および製造収率を最適化するために、混合工程（ａ）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、
（ｃ）生団鉱を形成するために、鉱石／融剤混合物をプレスする工程、
（ｄ）焼成された団鉱を形成するように生団鉱を硬化させる工程
を含む高炉または他の直接還元炉供給原料としての使用に適切な鉄鉱石団鉱を製造する方法が提供される。
【００１１】
上記方法の１つの特色は、工程（ａ）で融剤と混合される鉱石粒子の所定の粒子サイズ分布は、鉱石を粉砕することなく製造され得るということである。
【００１２】
好ましくは、この方法は、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布を形成するように鉱石を圧潰し、ふるい分けすることを含む。
【００１３】
好ましくは、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布の最大サイズは、３．５ｍｍである。
【００１４】
好ましくは、最大サイズは３．０ｍｍである。
【００１５】
より好ましくは、最大サイズは２．５ｍｍである。
【００１６】
より好ましくは、最大サイズは１．５ｍｍである。
【００１７】
より好ましくは、最大サイズは１．０ｍｍである。
【００１８】
好ましくは、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布は、５０％未満が４５μｍスクリーンを通過する。
【００１９】
より好ましくは、粒子サイズ分布は、３０％未満が４５μｍスクリーンを通過するものである。
【００２０】
より好ましくは、粒子サイズ分布は、１０％未満が４５μｍスクリーンを通過するものである。
【００２１】
好ましくは、鉱石は、水和した鉄鉱石である。
【００２２】
好ましくは、水和した鉱石は、針鉄鉱含有鉱石である。
【００２３】
好ましくは、融剤は、主として１００μｍ未満である粒子サイズ分布を有する。
【００２４】
好ましくは、融剤の粒子サイズ分布は、９５％を超える量が２５０μｍスクリーンを通過するものである。
【００２５】
好ましくは、融剤は、石灰石である。
【００２６】
好ましくは、工程（ａ）で製造される鉱石／融剤混合物は、焼成された団鉱の塩基性度が０．２を超えるように選択される。
【００２７】
より好ましくは、塩基性度は、０．６を超える。
【００２８】
「塩基性度」という用語は、本明細書では、焼成された団鉱の（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）／（％ＳｉＯ2 ＋％Ａｌ2 Ｏ3 ）を意味するものと解釈される。
【００２９】
好ましくは、鉱石／融剤混合物にはバインダーは存在しない。
【００３０】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が鉱石／融剤混合物の全重量の２〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３１】
「鉱石／融剤混合物の全重量」という用語は、（ａ）鉱石／融剤混合物の乾燥重量、（ｂ）この混合物の固有の水分(inherent moisture)の重量、および（ｃ）（もしあれば）方法において混合物に加えられた水分の重量の合計を意味する。
【００３２】
「水分含量」という用語は、上記（ｂ）と（ｃ）の合計である。
【００３３】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が緻密な赤鉄鉱鉱石である鉱石についての鉱石／融剤混合物の全重量の２〜５重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３４】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が、５０％までの針鉄鉱を含む鉱石について鉱石／融剤混合物の全重量の４〜８重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３５】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が、主に、５０％を超えて針鉄鉱石を含む鉱石について、鉱石／融剤混合物の全重量の６〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３６】
好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で１０ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３７】
より好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で８．５ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３８】
より好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で６．５ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３９】
好ましくは、プレス工程（ｃ）は、低いロール圧力を用いて鉱石／融剤混合物をプレスすることを含む。
【００４０】
好ましくは、低いロール圧力は、少なくとも２ｋｇｆの生圧縮強度を有する団鉱を製造するのに十分である。
【００４１】
より好ましくは、生圧縮強度は、少なくとも４ｋｇｆである。
【００４２】
より好ましくは、生圧縮強度は、少なくとも５ｋｇｆである。
【００４３】
好ましくは、低いロール圧力は、鉱石／融剤の混合物に対する１０〜１４０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力により発生する。
【００４４】
より好ましくは、ロールプレス力は、１０〜６０ｋＮ／ｃｍである。
【００４５】
より好ましくは、ロールプレス力は、１０〜４０ｋＮ／ｃｍである。
【００４６】
好ましくは、硬化工程（ｄ）は、４０分間で焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００４７】
好ましくは、硬化工程（ｄ）は、３５分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００４８】
より好ましくは、硬化工程（ｄ）は、３０分以内に焼成温度に団鉱を加熱ことを含む。
【００４９】
より好ましくは、工程（ｄ）は、２０分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００５０】
より好ましくは、工程（ｂ）は、１５分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００５１】
好ましくは、焼成温度は、少なくとも１２００℃である。
【００５２】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１２６０℃である。
【００５３】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３２０℃である。
【００５４】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３５０℃である。
【００５５】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３８０℃である。
【００５６】
好ましくは、焼成された(fired)団鉱は、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さ(crush strength)を有する。
【００５７】
より好ましくは、焼成された団鉱は、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する。
【００５８】
鉄鉱石微粉は、広く、鉱物学的特性(mineralogy)、鉱物の会合および粒子のテキスチャー、多孔性、サイズ分布および化学的性質のような岩石学的性質に基づいて４群に特徴付けられる。それらの群は、
（ａ）ＨＣ−緻密な赤鉄鉱／磁鉄鉱鉱石、
（ｂ）ＧＣ−５０％までの針鉄鉱を含む鉱石、および
（ｃ）Ｇ−豆石、砕岩(derritals)および海峡鉄分蓄積物(channel iron deposit)のような、主に針鉄鉱を含む、すなわち、５０％を超える針鉄鉱を含む鉱石
である。
【００５９】
本明細書では以降、ＧＣ鉱石の２つの特定の亜群、すなわち、
（ｉ）ＨＧ−赤鉄鉱により多くが占められている針鉄鉱含有鉱石、および
（ｉｉ）ＧＨ−ほぼ等量の赤鉄鉱および針鉄鉱を有する鉱石
について言及する。
【００６０】
理論により拘束されることを望むものではないが、生団鉱の結合機構は、粒子の機械的なかみ合わせ、ファン・デル・ワールス力を含む結合の組み合わせを含み、タイプＧＣおよびＧの原料の場合には、程度の変動する水素結合は存在する水和したイオン種、例えば、針鉄鉱のパーセンテージに依存すると信じられる。供給原料のいくつかの特性は、生団鉱と焼成された団鉱の品質および加工処理性能に影響を与えるそのような結合の形成に有意な影響を有するものとして確認されている。それらの特性とは、供給原料の水分レベルおよびその流動特性、鉱石の化学組成、そのサイズ分布および岩石学的特性および多孔性である。
【００６１】
好ましくは、供給原料は、高い充填密度と鉱石粒子の結合の向上を達成するために可能な限り広いサイズ分布のものである。上記のように、生団鉱の結合機構は、粒子の機械的なかみ合わせ、ファン・デル・ワールス力、およびタイプＧＣおよびＧの原料の場合には水素結合から生じる結合の組み合わせを通してのものであると信じられる。広いサイズ分布は、充填密度を増加させ、生団鉱の強度を高めるけれども、狭いサイズの鉄鉱石を団鉱化することは可能である。
【００６２】
粒子の最大サイズは圧潰プロセスにより決定されるが、しかし、好ましくは、硬化プロセスの後に許容し得る焼成された特性の団鉱を製造するために２．５ｍｍ未満である。一般的に、鉱石タイプＨＣおよびＨＧは、許容し得る焼成強度を達成するためのそれらの原料についてのより低い熱要求により、より粗い最大サイズで団鉱化し得る。原料の最大サイズは、圧潰またはふるい分けプロセスのいずれかにより減少させ得る。粒子の最低サイズには絶対限界は存在しない。しかし、きわめて微細な粒子（ペレット化のために必要とされるような）に鉱石を圧潰することは不必要であり所望されない。というのは、このことは、本発明により不必要とされた付加的な経済的負担であるからである。好ましくは、粒子の１０％未満が４５μｍのふるいを通過する。
【００６３】
有利には、団鉱化装置のポケット寸法(pocket dimension)は、満足な団鉱化が達成され得ることを保証するために、団鉱化される最大粒子サイズに基づき、ならびに適切な硬化性能のために選択されるべきである。典型的には、満足な団鉱化を達成する最大粒子サイズは、最小ポケット寸法の２５〜３０％である。もし最大粒子サイズがこの仕様を超えるならば、より大きなポケットサイズを選択することが必要であろう。
【００６４】
生団鉱の品質および製品収率を最適化するためには、供給水分を制御することが望ましい。水分の添加は、液体の橋架けが粒子間結合の有意義な形態となるレベルを超えるべきではない。このことは、生強度の減少をもたらし、加えて熱安定性に悪影響を及ぼす。不十分な水分は、団鉱のプレス工程で過剰加圧をもたらし得るものであり、生団鉱の品質と収率に悪影響を及ぼす。
【００６５】
加工処理される鉱石の供給特性に応じて、生団鉱の品質と収率を最適化するために、供給材料について２ないし１２ｗｔ％の水分含量が用いられる。緻密な赤鉄鉱精鉱は、一般的に２〜５ｗｔ％の範囲の低い最適団鉱化水分を有する。それらの精鉱は、しばしば、粒子のかみ合いの減少のために低強度の団鉱を生成させる滑らかな表面のテキスチャーを有する狭いサイズの粒子でできている。５０％までの針鉄鉱を有するより多孔性の針鉄鉱含有鉱石（ＧＣ）は、４〜８ｗｔ％水分の範囲で良好に団鉱化し、より多孔性の、主に針鉄鉱の鉱石（Ｇ）は、６〜１２ｗｔ％水分の範囲で良好に団鉱化する。そのような鉱石は、その団鉱化特性を高める粗い表面のテキスチャーおよび形状を有する。
【００６６】
通常の団鉱化装置を本発明の方法において用いることができる。本質的に、そのような装置は、団鉱を製造するために、隣接する位置調節されたポケット内に供給材料を圧縮するために、ニップ領域で一緒になるポケットを有する２つの隣接するロールを含む。本発明の場合には、ロールは、好ましくは、経済的な実現可能性のために要求される処理量を達成するために水平に配列される。
【００６７】
団鉱化は、用途に応じて広範なロール圧にわたって実施され得るけれども、鉄鉱石の団鉱化は、好ましくは、１０〜１４０ｋＮ／ｃｍ、より好ましくはこの範囲の低い側で、典型的には１０〜６０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力でなされる。鉄鉱石の団鉱化のためのそのような低圧操作は有意義であり、長さにして１．６ｍまでの団鉱化機械上での幅広ロールの使用により高い製造速度を達成することを可能とする。
【００６８】
好ましくは、ロール圧力は、団鉱化操作を最適化するために低圧範囲内で注意深く制御される。もしロール圧が低すぎると、ロールは引き離され、特に硬化後、団鉱の収率と品質を損なう厚いウエブとひずんだ団鉱を作り出す。もしロール圧力が最適を超えるならば、ポケットからの団鉱の放出の際の「クラムシェル(clamshell)」効果のために団鉱の貧弱な閉鎖(poor closure)が起こる。小さなロール直径および過剰なロール圧力については、クラムシェル効果はより際立ち、このことはまた、ポケットの結合／目詰まりも引き起こす。生団鉱の密度および圧潰強さは増加するけれども、焼成された団鉱の耐衝撃性は、ひどく損なわれるであろう。
【００６９】
好ましくは、水分レベルは供給系を通して材料の流動特性に影響を与えるように選択され、供給材料について２〜１２ｗｔ％の水分レベルが一般的には適切である。もし水分レベルが供給系についてあまりに高いならば、供給圧力は悪影響を受け、収率の減少と、低い生強度によって特徴付けられる団鉱の品質の低下をもたらす。もし供給材料が供給系について水分が低すぎるならば、結果としての供給圧力はクラムシェル化を引き起こし、このことは、収率の減少、ロールポケットの磨耗速度の増加および劣悪な焼成後特性をもたらし得る。
【００７０】
団鉱化装置は、予備コンパクト化(pre-compactor)供給系とともにまたは重力供給系とともに操作され得る。重力供給系は、鉄鉱石産業におけるように大重量が団鉱化される場合に有利である。
【００７１】
団鉱化プレスに関しては、ロール直径は、団鉱の品質が経済的に見合う製造速度で確保されることを保証するように選択される。大きな直径のロールは、製造速度を高速化させるが、しかしながら、そういったロールは、ニップ領域の面積もまた増加させる。ニップ領域の注意深い制御は、高品質の生団鉱の形成を容易にし、過剰に厚いウエブを有する団鉱の形成を回避する。ロール直径を変更すると、ロール直径の増大が供給水分の増加を表す、供給材料についての最適水分レベルもまた変更となる。ロール直径は、典型的には、２５０ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲を有する。製造を最大化するためには、好ましくは、ロールは、団鉱の品質を維持しながら可能な限りの最高速で操作される。しかしながら、もし生産性が２義的問題であるならば、きわめて低速のロール速度も用いられ得る。
【００７２】
典型的には、１ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲のロール速度が用いられる。特に高速のロール速度で品質を維持するためには、供給原料は、団鉱の製造速度に合致する速度で、高品質の団鉱を形成するのに必要とされる力を作り出すニップ領域面積でロールに供給されることが望ましい。
【００７３】
団鉱化機械の圧力許容量の範囲内であるならば、いずれの適切なロール幅も選択され得る。鉄鉱石の団鉱化が低圧操作状態にあるとき、機械の能力を増大させる広いロールが好ましい。ロールは、好ましくは、重力供給系での使用を許容するために水平に配列される。ＨＣ、ＧＣ（ＨＧおよびＧＨを含む）、またはＧのいずれかの鉄鉱石の流動特性は、それぞれの分類群について上記特定された水分範囲で重力供給について適切である。
【００７４】
ポケットの形状は、一般的に、尖鋭な角度のものであるべきではないが、しかし、取り扱い特性を向上させるためにより平滑で丸みを帯びるものである。例として、ほぼ０．６５の長さ／幅および幅／深さ比が適切である。ポケットの形状はまた、ポケット内での粘着傾向に対抗する特定放出角度(specific release angle)１１０〜１２０°も有する。
【００７５】
ポケットのサイズは、硬化プロセスおよび材料の最大サイズおよび製鉄高炉についての要求事項にしたがって最適化され得る。典型的には、団鉱は、２ないし３０ｃｃの体積を有する。好ましくは体積は、１０ｃｃ以下である。より好ましくは、体積は、８．５ｃｃ以下である。より好ましくは、体積は、６．５ｃｃ未満である。
【００７６】
千鳥形配置のポケット形状は好ましい。というのは、それはロールの面上の利用可能な空間を最適利用し、したがって、処理量を最大化するからである。
【００７７】
好ましくは、硬化方法および条件は、原料の特性と団鉱の寸法の影響との間の複雑な関係に関連として選択される。
【００７８】
団鉱の体積、形状および原料の岩石学的特性の間の関係の配慮が要求される。供給材料の化学組成は、焼成された団鉱の特性に顕著な影響を有し得る。水分は別として、供給原料は、焼成された団鉱で要求される塩基性度レベルを与えるように加えられる要求される融剤とともに酸化鉄および脈石でできている鉄鉱石を含む。試験結果は、焼成された団鉱について要求される特性を達成するために、融剤は、好ましくは、典型的には＞９５％が２５０μｍを通過する微粉サイズにされるべきであることを示した。
【００７９】
理論により拘束されることを望むものではないが、焼成された団鉱についての結合機構は、拡散結合、および酸化鉄の再結晶化ならびにより大きな融剤レベルでのスラグ結合を含むと信じられる。それゆえ、融剤レベルおよび焼成温度およびある程度まで焼結時間は、団鉱の特性に強い影響を有する。塩基性度レベルの上昇は、減少した強度並びに硬化強度を改善し得る。というのは、より大きな融剤レベルは、還元条件の下での変形に抵抗する結合相の形成を促進するからである。
【００８０】
硬化は、ストレート格子、格子−キルンまたは連続キルンタイプのプロセスを用いて実施され得る。
【００８１】
最適の焼成プロフィールの下で製造された生団鉱は、同じ材料から調製されたペレットに比較して熱的に極めて安定であることが見出されている。ペレット化のための供給鉱石は、典型的には６０％までが４５μｍを通過する微細なサイズまで粉砕されねばならず、ペレットは、剥落(spalling)を回避するために典型的には＜２００℃の低温でゆっくり乾燥されねばならない。対照的に、上記のように、うまく硬化され得る本発明のための供給鉱石は、好ましくは２．５ｍｍまでの最大サイズを有するはるかに粗いものであり得、したがって、ペレットを製造するために必要とされるのと同じ程度まで粉砕する必要がない。この特色は、従来のペレット製造プラントに対する団鉱化操作のために主たる資本上の経費削減を提供する。
【００８２】
本発明の団鉱の重要な特性は、３０分以内、より好ましくは２０分以内での焼成温度への加熱のような高速での加熱に際して高温に耐える能力である。このことは、針鉄鉱鉱石が、脱水および遊離水除去帯域を通って急速に加熱されるとき団鉱が剥落するのを示してきた硬化状況でいかに応答するかについての従来の理解と非常に対照的である。
【００８３】
上述のように、本発明の団鉱の熱安定性は、ペレットよりはるかに優れていることが見出されており、団鉱は、剥落無しにペレットよりはるかに高速で加熱され得る。このことは、はるかに短い加熱サイクルを可能とする。結果として、団鉱の生産性は、同じ材料を用いるペレットについてよりも有意に高いであろう。例えば、ストレート格子キルン(straight grate kiln)でＨＧ鉱石について１６ｔ／ｍ2 ・日のペレット生産性に比較して、同じキルンで潜在的に３０ｔ／ｍ2 ・日台の団鉱の生産性が達成され得る。
【００８４】
先行技術の刊行物が本明細書で言及されるけれども、この明細書は、それらの刊行物のいずれかがオーストラリアまたはいずれか他の国において当該技術の共通の一般的知識の一部を形成するという許諾を構成しないことが明らかに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための２５０ｍｍ直径ロールおよび予めコンパクト化された供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図２】図２は、本発明の方法を実施するための４５０ｍｍ直径ロールおよび重力供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図３】図３は、本発明の方法を実施するための６５０ｍｍ直径ロールおよび重力供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図４】図４は、６ｃｃアーモンド型および４ｃｃ細長アーモンドポケットを有する４５０ｍｍロール上でのＨＧ材料についての供給水分に対する団鉱全体の収率のプロットである。
【図５】図５は、様々のポケット寸法を有する４５０ｍｍロール上でのＨＧ材料についての生団鉱の強度に対する供給水分の影響を示すプロットである。
【図６】図６は、６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＨＧ材料についての生団鉱の強度に対する供給水分の影響を示すプロットである。
【図７】図７は、４５０ｍｍロールおよび９ｃｃアーモンド型上での厚さ、生強度、および生密度のような団鉱の特性に対するロールプレス力の影響を示す。
【図８】図８は、６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＨＧ材料についての生強度に対するロールプレスの影響を示すプロットである。
【図９】図９は，６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料についての生強度に対するロールプレス力の影響を示すプロットである。
【図１０】図１０は、４５０ｍｍロールおよび９ｃｃアーモンド型を用いての９０ｋｇ／ｃｍ2 のロール圧力および６ｗｔ％の供給水分についての厚さ、生強度、および生密度のような団鉱の特性に対するロール速度の影響を示す。
【図１１】図１１は、予備コンパクト化器、２５０ｍｍロール、４ｃｃアーモンド型およびＨＧ材料を有する団鉱化機械のための操作ウインドウである。
【図１２】図１２は、５００ｍｍの深さの床の中での団鉱の硬化についての温度プロフィールを示す。
【図１３】図１３は、高生産性で団鉱を製造した団鉱硬化についての温度プロフィールおよび低生産性でペレットを製造したペレット硬化についての典型的な温度プロフィールを示す。
【図１４】図１４は、バッチ格子キルンの中での格子サイクルの終わりで６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてＧＨ材料で作られた団鉱に対する平均床温度の影響を示すプロットである。
【図１５】図１５は、バッチ格子キルン内での格子キルン燃焼サイクルの終わりで６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてＧＨ材料で作られた団鉱に対する平均床温度の影響を示すプロットである。
【図１６】図１６は、バッチ格子キルンの試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する焼成温度（１３８０℃）での時間の影響を示すプロットである。
【図１７】図１７は、バッチ格子キルンの中での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する焼成温度（１３８０℃）での時間の影響を示すプロットである。
【図１８】図１８は、キルンのみの中での試験サイクルの間のキルン内の７．５ｃｃＧＨ団鉱に対する滞留時間の影響を示すプロットである。
【図１９】図１９は、バッチ格子キルン内での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する床の高さと格子の燃焼プロフィールの影響を示すプロットである。
【図２０】図２０は、バッチ格子キルン内での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する床の高さと格子の燃焼プロフィールの影響を示すプロットである。
【図２１】図２１は、ＨＧ材料、２５０ｍｍロールおよび４ｃｃアーモンド型で作られた団鉱の焼成圧潰強さに対する塩基性度と焼成温度の影響を示す。
【図２２】図２２は、ＨＧ材料、２５０ｍｍロールおよび４ｃｃアーモンド型で作られた団鉱の膨潤、還元後圧潰強さ（ＣＳＡＲ）および還元性指数(reducibility index)のような還元された団鉱の特性に対する塩基性度の影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
本発明の好ましい態様が、単に例として、添付の図面を参照して以後記載されるであろう。
【００８７】
例１
団鉱化を、ロール直径、幅、供給系を変化させて３種の異なるロールプレスを用いて実施した。
【００８８】
３００ｋｇ／ｈｒの公称能力(nominal capacity)を有するタイヨーＫ−１０２Ａダブルロールプレスを用いて初期試験を行った。この機械は、３６ｍｍ幅の２５０ｍｍ直径ロールを有し、スクリュー形予備コンパクト化器を備えることを特徴とする。その主たる部品を示す模式図は、図１に見ることができる。
【００８９】
作り出された団鉱は、ピロー形(pillow-shaped)であり、１３×１９×２８ｍｍの公称寸法と４ｃｃの体積を有していた。それぞれのロールの周囲には単列の３０個のポケットが存在した。
【００９０】
２つのロールについては、一方は固定し、それに対して他方の「浮きロール」は、オイルとガスの充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラムの中のオイルは、ロールの間に所望の荷重力を提供するように加圧した。
【００９１】
団鉱化はまた、４５０ｍｍのロール直径および７５ｍｍのロール幅を有するコマレックＢＨ４００ダブルロールプレスを用いても実施した。供給原料は、ロール上に位置する供給ホッパーからニップ領域に重力供給した。その主たる部品の模式図は、図２に見ることができる。
【００９２】
様々の寸法の団鉱は、以下の詳細に従って製造した。
【００９３】
（１）公称８．９ｃｃの体積で１７．５×２８×３４．３ｍｍ。それぞれの列の周囲に千鳥形に配列された２列の４８ポケットが存在した（９ｃｃアーモンド型）。
【００９４】
（２）公称６．３ｃｃの体積で１４．５×２２．１×３３．９ｍｍ。それぞれのロールの周囲に千鳥形に配列された２列の６０ポケットが存在した（６ｃｃアーモンド型）。
【００９５】
（３）公称３．９ｃｃの体積で１５．２×２１．７×２２．９ｍｍ。それぞれの列の周囲に千鳥形に配列された３列の５８ポケットが存在した（４ｃｃ球状）。
【００９６】
（４）公称３．９ｃｃの体積で１１．２×１７．３×３２．１ｍｍ。それぞれのロールの周囲に対称的な列で配列された２列の７２ポケットが存在した（４ｃｃ縦長）。
【００９７】
２つのロールについては、一方は固定し、他方の「浮きロール」はオイルとガスの充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラム中のオイルは、ロールの間に所望される特定のプレス力を提供するように加圧した。
【００９８】
団鉱化はまた、６５０ｍｍの直径と１３０ｍｍのロール幅を有するケパーン５２／６．５ダブルロールプレスを用いても実施した。供給原料は、上に位置するホッパーからニップ領域に重力供給した。ニップ領域は、「ニップ領域アジャスター」を使用して制御した。その主たる部品の模式図は、図３に見ることができる。
【００９９】
作り出された団鉱は、３０×２４×１６ｍｍの公称寸法を有して「ピロー」型をしており、７．５ｃｃの体積を有する。ロールの面に渡って対照的に配列された４列の７７ポケットが存在した。
【０１００】
２つのロールについては、一方は固定し、他方の「浮きロール」はオイルとガスが充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラムの中のオイルは、ロールの間に所望される特定のプレス力を提供するように加圧した。
【０１０１】
例２
供給水分含量の影響を研究した。
【０１０２】
図４は、供給水分が例１で記載される４５０ｍｍロールを有する団鉱化プレスにより作り出される６ｃｃおよび４ｃｃ団鉱の収率に対して有意な影響を有したことを例証する。供給原料はロールに重力供給し、一方、ロールは、２０ｒｐｍの固定されたロール速度および９０ｋｇ／ｃｍ2 のロール圧力で操作した。
【０１０３】
水分含量の変動は、生強度、耐磨耗性および圧潰強さのような生特性に影響を与えるので、供給水分の制御もまた重要である。このことは図５および６において例証されている。
【０１０４】
図５は、供給水分レベルと４５０ｍｍロール、重力供給システム、および様々のポケットサイズを用いてＨＧで作られた団鉱についての強度との間の関係を示す。
【０１０５】
図６は、ＨＧ材料について６５０ｍｍロールと７．５ｃｃポケットで作られた団鉱についての同じ関係を示す。
【０１０６】
生強度は、ほぼ６％の最適水分含量についての最高値まで増加する傾向を有していた。７．５％を超える水分レベルでは、生強度は、許容不可能なほど低い。
【０１０７】
供給水分は、団鉱の圧潰強さおよび生耐磨耗性に対してそれほど影響を有していなかった。
【０１０８】
例３
上述のように、団鉱化操作は、広範なロール圧力に渡って実施できるけれども、団鉱化は、低圧で実施することが好ましい。鉄鉱石の団鉱化についてのそのような低圧操作は有意義であり、団鉱化機械について幅広のロールで高い製造速度を達成する可能性を開く。
【０１０９】
しかしながら、上述のように、もし団鉱化操作が最適化されるべきであるならば、ロール圧力は、その低圧範囲で注意深く制御されるべきである。もしロール圧力があまりに低く、ニップ領域が注意深く制御されていないならば、ロールは引き離され、厚いウエブとひずんだ団鉱を作り出し、特に硬化後製造収率と団鉱の品質を損なう。もしロール圧力が最適を超えると、ポケットからの団鉱の放出の際の「クラムシェル」効果のために団鉱の貧弱な閉鎖が起きる。生団鉱の密度および圧潰強さは増加するけれども、焼成された団鉱の耐衝撃性はひどく損なわれるであろう。
【０１１０】
図７は、公称９ｃｃのポケットを有する４５０ｍｍ直径のロールを有する重力供給機械で製造された原材料ＨＧについての団鉱の厚さおよび品質（圧潰強さの観点で測定される）に対するロール圧力の影響を示す。図は、許容し得る生強度が６０ｋｇ／ｃｍ2 ほどのロール圧力で得られたことを示す。
【０１１１】
図８と９は、６５０ｍｍ直径ロールを用いて得られたプレス力と得られる生強度の影響を示す。作業はＨＧおよびＧＨ原材料タイプについて実施し、４５０ｍｍでの作業と同様のロール圧力と生強度との関係を例証する。具体的には、図は、許容し得る生強度は２０ｋＮ／ｃｍのプレス力で得られたことを示す。
【０１１２】
プレス力はまた、団鉱の圧潰強さおよび生耐磨耗性に対して有意な影響を及ぼすことも見出され、上記両方の変数は、ロール圧力の増加に応答して増加する。
【０１１３】
例４
ロール速度もまた研究した。
【０１１４】
ｒｐｍで測定されたロール速度は、供給原料に適用される圧力の程度に対して影響を及ぼすことが見出された。
【０１１５】
ロール速度の増加は、ロールのニップ領域での滞留時間の短縮をもたらし、したがって、長時間にわたって低圧がもたらされる。ロール圧力は、主として、供給原料に及ぼされる圧力の程度を制御するために用いられ得るものであり、ロール速度は、製造速度を最大化するために変更され得る。しかしながら、生団鉱の製造操作を最適化するとき、団鉱の厚さと生強度に対するロール速度の影響を考えることは重要である。
【０１１６】
原材料ＨＧについての団鉱の厚さおよび品質（圧潰強さの観点で測定される）に対するロール速度の影響が、４５０ｍｍ直径ロールを有する重力供給機械について図１０に示される。
【０１１７】
同図は、ロール速度が増加したとき厚さおよび生強度が減少したことを示す。
【０１１８】
例５
例１で記載された団鉱化機械のプロセス変数、すなわち、ロール速度、予備コンパクト化器速度およびロール圧力、ならびに団鉱密度を、団鉱化のためのその特定の系についての操作ウインドウを決定するために用いた。
【０１１９】
図１１に示されるダイアグラムは、タイヨープレスでのＨＧ材料由来の公称４ｃｃの団鉱を形成するために２５０ｍｍロールで団鉱化するための操作ウインドウの例である。
【０１２０】
曲線を単純化するために、ロール圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ2 に固定し、予備コンパクト化器の速度を２０ｒｐｍに固定した。一連の曲線は、４ｗｔ％ないし１２ｗｔ％の供給水分について示されている。それぞれが団鉱全体の形成をもたらす条件を表す。
【０１２１】
曲線の右側には、ポケットが満たされないか、または団鉱が弱く容易に分裂する低い供給圧力の領域が存在する。曲線の左側には、供給物に対する圧力が高すぎる領域が存在する。団鉱には剪断が起こり、ポケットの詰まりが発生した。６ｋｇｆを下回る強度範囲にわたって、団鉱は、ポケットからの放出に耐えるにはあまりに脆弱であり、ポケットにとどまるか、放出の際に分裂する。３０ｋｇｆを超えると、さらなるコンパクト化は達成され得ないであろう。団鉱は厚く、「クラムシェル」化し始めた。６ないし３０ｋｇｆの強度範囲が、すべての団鉱が試料材料とタイヨー団鉱化機械により形成され得るであろう極限的限界(outer limit)を規定する。
【０１２２】
操作ウインドウを決定するために、収率、密度、圧潰強さおよび落下／シャッター強度(drop/shatter strength)を含むある種の製品および品質のパラメーターが考慮される必要がある。一旦それらの特性が考慮されると、団鉱化プロセスの操作領域であるより狭い領域が規定され得る。
【０１２３】
図１１において、その領域は、５ないし９ｒｐｍのロール速度および６ｋｇｆないし１８ｋｇｆの生強度に存在する。
【０１２４】
例６
最適化された条件の下で製造された生団鉱は、同じ材料から形成されたペレットと比較して熱的に極めて安定であることが見出された。このことは、図１２および１３に示される。
【０１２５】
図１２は、ストレート格子プロセスをシミュレートする実験室規模での硬化の試行の間の、入口および出口ガスならびに団鉱の床の中の３箇所についての温度プロフィールを示す。
【０１２６】
床温度は、床の頂部から１００、２５０および５００ｍｍに配置された熱電対により測定した。
【０１２７】
団鉱は、図に示される高速で加熱されるとき熱的に安定であることが見出した。その良好な乾燥性能は、入口ガス温度が、団鉱を剥落させることなく１０分で周囲温度から１３４０℃に上昇することを可能とした。
【０１２８】
図１３は、３２ｔ／ｍ2 ．ｄおよび２５ｔ／ｍ2 ．ｄの生産性(productive)でＨＧ鉱石の公称４ｃｃの団鉱を製造した団鉱の硬化についての温度プロフィールを示す。同図はまた、比較としてペレットについての典型的な硬化温度プロフィールも示す。ペレットのプロフィールは、ペレットの剥落が最小化され、焼成後特性が最高となるような最適化されたプロフィールであった。ペレットのプロフィールは、１６ｔ／ｍ2 ．ｄの生産性でペレットを生産したが、その生産性は、団鉱の生産性より顕著に低いものである。団鉱とペレットは同じ鉱石のタイプから作った。
【０１２９】
団鉱の高い生産性は、団鉱が高速で加熱されることを可能とする生団鉱の熱安定性によるものであった。
【０１３０】
団鉱の熱安定性は、１つの硬化方法および１つの鉱石タイプに限定されないことが見出された。
【０１３１】
例７
試験生産規模(pilot scale)の格子−キルン系を、団鉱がキルンに入る前に格子を出て行くときの団鉱の特性を決定するために用いた。
【０１３２】
装置は、ポット格子とバッチキルンからなるものであった。可動格子をシミュレートするために、火炎温度を発生させるために、ＬＧＰガスバーナーを用いた。ポット格子は、ドラフトガス流を上下させることが可能であった。材料の温度は、ポットの壁を通して設置された熱電対を用いて床全体で測定された。それらの測定結果は、焼結サイクルの間の団鉱温度であると推定された。試験される団鉱の大きさによっては、温度測定結果は、団鉱外部の温度を示し、内部の温度は示さないであろう。測定された温度は、団鉱の外部の温度と床の中のその位置でのガス温度を合せたものであることが最もあり得そうなことである。
【０１３３】
図１４は、いかに、７．５ｃｃの生公称サイズを有するＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られた団鉱の温度が、初めにほぼ３００〜４００℃の平均床温度で最大まで増加し、その後、略７００℃で最小温度に降下するのかを示す。より高い温度では、強度が再び増加した。強度は、略７００℃で最小値まで降下し、その後、生強度より低くなる。このことは、格子からキルンへの材料の輸送にとって重要な要件である。強度はこの温度範囲で最低になったので、もし焼成プロフィールがこの温度で格子からキルンへの移動を含んでいたならば、最高度の劣化が予測され得たであろう。
【０１３４】
ストレート格子プロセスについては、硬化プロセスのために選択された床の高さは、重要ではなく、一般的に、合理的な生産性を達成しながら床の底部の団鉱の変形を回避するために選択されるガス透過性により阻害されないことが見出された。加えて、６ｃｃを超える団鉱体積では、床の透過性は、床の高さにより大きく譲歩させられることはなかった。結果として、硬化プロセスは、ペレット化操作についての場合のようにはこの変数によっては拘束されない。生団鉱の床の深さは、品質について妥協することなく生産性を最適化するように選択され得る。
【０１３５】
格子−キルンプロセスは、他の硬化プロセスから得られた製品と比較してより優れた焼成がなされた製品を製造するという観点である種の利点を提供し得る。それはまた、団鉱の中の温度勾配を減少させる方式で高い温度範囲を通してより均一に団鉱を加熱し、クラック形成をもたらし得る団鉱の示差的な収縮も回避する。また、回転キルンでは、全ての団鉱が同様の焼成温度および焼成時間に供されるので、団鉱の品質はストレート格子プロセスに比較してより均一である。
【０１３６】
適切なグレードの原材料が用いられるならば、直接還元プロセスが適切な団鉱の製造についての可能性もまた存在する。
【０１３７】
例８
焼成温度を研究した。
【０１３８】
ＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）７．５ｃｃの団鉱を格子−キルンパイロットリグ中で焼成し、格子区分についてすべて同じ燃焼プロフィールを用いた。キルンへの移動の後、示されるように達成された焼成温度を変更したことを除いて、焼成について同じプロフィールを適用した。結果を図１５に示す。
【０１３９】
このサイズの団鉱で適切な焼成された強度を達成するためには、キルンの中の焼成温度は少なくとも１３８０℃であるべきであるということが図１５において明確な示唆として存在する。
【０１４０】
図１５はまた、タンブル強度（タンブル指数−ＴＩ）および耐磨耗性（磨耗指数−ＡＩ）が焼成温度により改善したことも示す。
【０１４１】
例９
焼成温度およびその温度での時間を研究した。
【０１４２】
７．５ｃｃの公称サイズを有するＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られた団鉱を、一連の格子−キルン試験で焼成した。格子での焼成プロフィールは同じであり、その焼成温度でのキルン中での焼成時間のみを６ないし９分で変更した。キルン中での全焼成時間は同じにしたが、９分の焼成時間が６分の焼成時間と比較して１３８０℃までより高速の加熱速度を有するように、キルン中での加熱の速度から焼成のための余分な時間を取った。
【０１４３】
試験はまた、７．５ｃｃの場合で用いられたのと同じ焼成プロフィールを用いて６．３ｃｃＧＨ団鉱でも行った。
【０１４４】
結果を図１６と１７に示す。
【０１４５】
公称７．５ｃｃのサイズのＧＨ団鉱については、焼成強度は、キルン中でのより長い焼成時間により有意に増加した。このことは、焼成サイクルの間の団鉱のより大きな熱貫通によるものである。
【０１４６】
６．３ｃｃＧＨ団鉱についての焼成特性は、７．５ｃｃの場合について製造されたものの特性より優れており、熱貫通の問題は、団鉱の焼成された特性の形成について重要な問題であることを意味している。この結果はまた、団鉱の熱貫通が不十分であるとき、適切な強度は焼成された製品で得られないであろうことも示唆する。
【０１４７】
例１０
格子キルン中での滞留時間の影響を研究した。
【０１４８】
ＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られ、公称７．５ｃｃの団鉱を、パイロット規模のバッチ格子キルン中で焼成した。それらを生で、５００または１０００℃のいずれかに予備加熱されたキルンに装填した。焼成プロフィールを団鉱に負荷し、全滞留時間を報告した。結果を図１８に示す。
【０１４９】
図１８は、滞留時間の延長が焼成特性を向上させることを示し、要求される最終特性を達成するために製品を徹底的に加熱することの重要性を示唆する。
【０１５０】
高速加熱の効果は、格子の深い床の深さによっては減少しなかった。このことは図１９と２０に示されている。ペレットではしばしば起こるが、生団鉱の床はきわめて透過性であり、空気の流れを制限しなかった。使用可能な最大の床の深さは規定されなかったが、しかし、３００ｍｍを超えることはあり得る。これは、格子−キルン系では最良のペレット床についてさえ可能であることをはるかに超えている。
【０１５１】
例１１
団鉱の化学的性質の影響を研究した。
【０１５２】
ＨＧ材料から作られた焼成された団鉱の特性に対する塩基性度と温度の影響を特定の温度と時間についてマッフル炉中で団鉱を焼成することにより測定した。結果を図２１に示す。
【０１５３】
様々の塩基性度で作られた焼成された団鉱の化学分析についての結果は、１．２の塩基性度で６３．８１％のＦｅから０．２の塩基性度について６５．９３％のＦｅまでのグレードで変化した焼成された団鉱をもたらし、融剤添加のレベルを反映した。
【０１５４】
図２１に見られるように、圧潰強さは、温度が増加し、加えて、塩基性度が０．２から０．８に増加したとき増加した。この効果は研究される範囲にわたって温度が増加するときより有意となり、０．６塩基性度について１２９５℃で、０．８塩基性度について１２８０℃で３００ｋｇｆを達成することが可能であった。
【０１５５】
塩基性度レベルの増加が強度の増加をもたらすことについての説明は、結合機構の変化に関連する。低い塩基性度レベルでは、粒子の結合は、酸化鉄の再結晶化と酸化鉄−酸化鉄結合の形成の結果として起こる。高い塩基性度のレベルでは、溶融形成は低い温度で起こり、酸化鉄結晶の溶融を促進し、スラグ結合はより顕著となり、同じ温度でより高い強度を与える。
【０１５６】
例１２
全ての団鉱を用いた還元試験および標準還元試験方法ＪＩＳ８７１３／ＩＳ０７２１５を、１０分間１３００℃で焼結されたＨＧ団鉱で実施した。還元性、膨潤および還元後の圧潰強さ（ＣＳＡＲ）の結果を図２２に示す。
【０１５７】
還元性指数（ＲＩ）は、塩基性度レベルの範囲にわたって比較的安定のままであった。ＲＩは、０．２０の塩基性度で５３．８％から１．００の塩基性度で６２．２％をわずかに超えるほどまで変化した。
【０１５８】
膨潤指数はいくつかの応答を示し、最低の塩基性度で１１％から中間範囲で１４．８％まで変化し、１．２０の塩基性度でゼロに減少する。還元後の圧潰強さ（ＣＳＡＲ）は、塩基性度レベルの変化に対して大きな応答を示し、０．２０塩基性度で２２ｋｇｆから１．２０塩基性度で１２１ｋｇｆまでの範囲を有した。還元された強度のこの変化は、焼成された圧潰強さの結果を反映し、やはり、焼成された団鉱の結合相の変化に関係がある。低塩基性度団鉱は、主として酸化鉄−酸化鉄結合により結合し、この結合は還元の間に低下する。塩基性度レベルが増加すると、スラグ結合がより有意となる。それらの結合は、還元の間より安定となり、より大きな還元強度および１．２０の塩基性度でほとんど或いはまったく膨潤がないことを説明する。スラグ結合はまた、より大きなＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3 レベルが融剤添加を増加させるＧＨおよびＧから作られた団鉱中の結合についてより重要な形態となっている。そのような団鉱は、一般的に還元後より強力となることがわかっている。というのは、還元プロセスは、非鉄結合相の破壊をもたらさないからである。少ない融剤添加しか要求しないＨＣのような高級鉱石は、ほとんど酸化物−酸化物結合にのみ依存し、したがって、還元がもたらされた後より小さな強度を有する。
【０１５９】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく上記本発明の態様に多くの変更を行うことができる。
【技術分野】
【０００１】
［発明の開示］
本発明は、製鉄プロセスにおける輸送と使用に適切な鉄鉱石団鉱の製造に関する。
【０００２】
鉄鉱石の塊成化方法は、１８００年代後半から発展してきていた。しかしながら、利用可能な方法の全ての中で、現在、ペレット法および焼結法のみが有意義であり、しかし、それらの方法にはある種の不利益がある。
【０００３】
ペレット化は、水分のある鉱石微粉からペレットを形成することと、次いで１３００℃程度の温度でそれを焼成することという２つの異なる操作からなる。適切なペレットを調製するためには、一般的には、鉱石の６０％台が４５μｍ未満を通過するようなサイズまで鉱石をきわめて微細に粉砕することが重要である。次いで、これを一般に適切なバインダーの添加とともに、水平ドラムまたは傾斜ディスクのいずれかにおいてペレットに成形する。次いで、成形されたペレットを、シャフトキルン、水平可動格子、または可動格子とロータリーキルンの組み合わせにおいて、ときに硬化(induration)と称されるプロセスで焼成する。ペレット化は、微細な精鉱を塊成化させる実際的で商業的にも魅力的な方法であるが、しかし、要求される粒子のサイズ設定を達成するために実質的な粉砕を必要とし、エネルギー集約的な方法である。針鉄鉱−赤鉄鉱鉱石から作られたペレットは、プロセスの経済性に影響を及ぼす長い硬化時間を必要とする。コークスの形態の固体燃料が、硬化時間を削減するためにしばしば加えられるが、このことは、（ダイオキシン、ＮＯx およびＳＯx を含む）有害な放出物の発生をもたらす。
【０００４】
焼結は、水分のある鉄鉱石微粉および他の微細原料を、固体燃料、通常は粉コークスとともに造粒することおよび、その造粒された混合物を通気性可動格子上に装填することからなる。温度が上昇するにつれ、空気は格子を通って下方に引かれる。短い燃焼時間の後、床の外からの加熱を止め、床の中の固体燃料が燃焼するにつれ、狭い燃焼帯域が床を通して下方に動き、それぞれの層が順次ほぼ１３００℃に加熱される。燃焼の間に粒子の間で結合が起こり、強い塊成化物が形成される。しかしながら、伝統的な焼結プロセスは、高いレベルの有害な放出物、特に硫黄酸化物およびダイオキシンをもたらし、それゆえ、焼結プロセスは、環境上の見地から、望ましくなく、維持することができない。
【０００５】
団鉱化は、１８００年代後期と１９００年代初期には商業的関心が存在した方法であるが、しかし、高炉供給原料としての使用のための鉄鉱石団鉱の製造は、顕著なレベルには決して達することなく、１９５０年以降には減少し、ほぼ１９６０年までには途絶えてしまった。実施されたプロセスは、鉱石微粉をプレスしてある程度の適切な大きさと形状のブロックにし、次いでそのブロックを硬化させることを含む。広範な、タールおよびピッチのようなバインダーおよび／または有機物、ケイ酸ナトリウム、硫酸鉄、塩化マグネシウム、石灰石およびセメントのような他の添加物が試験された。しかしながら、初期の団鉱化プロセスであるグレンダルプロセスは、単に、鉄鉱石を水と混合し、プレスして建設用レンガのサイズの直方体ブロックにすることを含むものであった。次いで、それらを、１３５０℃に加熱されたトンネルキルンを通過させることにより固化していた。
【０００６】
団鉱化プロセスの開発は、一般に、適切なバインダーの開発に向けられてきたが、特許文献１は、高炉における安定な分布を提供するために平坦な形状を有する団鉱を記載する。具体的には、その日本特許明細書は、平坦な形状の団鉱が、高温で、通常の球状ペレットよりはるかにより容易に還元されることを開示する。団鉱は、サイズの増加とともに弱くなる回転またはタンブル強度および耐衝撃性に対して相対的に大きな圧縮強度を均衡させるために体積２ないし３０ｃｃで作られる。その日本特許明細書は、より大きな団鉱は、高炉内で還元するのがより困難であることを開示する。しかしながら、団鉱の大きさと形状を除いて、重要なこととして記載されている他の要因は存在せず、実際、団鉱の製造のいずれの他の側面の詳細な記載も存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＪＰ６０−２４３２３２
【発明の概要】
【０００８】
本出願人は、鉄鉱石からの団鉱の製造について広範な研究を行い、高炉および他の直接還元炉における使用に適切な特性を有する団鉱を製造し得る方法を発明した。
【０００９】
本出願人は、この製造方法の成功には多数の重要な要因が存在することを見出した。それらの要因には、鉱物学的性質、多孔性、サイズ分布および化学組成に基づく原料の特性決定、次いで、適切な最終製品を製造するための最も適切な団鉱形成パラメーターおよび硬化パラメーターを含む要求されるパラメーターを決定するためのその情報の使用が含まれる。
【００１０】
本発明によれば、
（ａ）鉱石／融剤混合物を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤を混合する工程、
（ｂ）団鉱の品質および製造収率を最適化するために、混合工程（ａ）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、
（ｃ）生団鉱を形成するために、鉱石／融剤混合物をプレスする工程、
（ｄ）焼成された団鉱を形成するように生団鉱を硬化させる工程
を含む高炉または他の直接還元炉供給原料としての使用に適切な鉄鉱石団鉱を製造する方法が提供される。
【００１１】
上記方法の１つの特色は、工程（ａ）で融剤と混合される鉱石粒子の所定の粒子サイズ分布は、鉱石を粉砕することなく製造され得るということである。
【００１２】
好ましくは、この方法は、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布を形成するように鉱石を圧潰し、ふるい分けすることを含む。
【００１３】
好ましくは、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布の最大サイズは、３．５ｍｍである。
【００１４】
好ましくは、最大サイズは３．０ｍｍである。
【００１５】
より好ましくは、最大サイズは２．５ｍｍである。
【００１６】
より好ましくは、最大サイズは１．５ｍｍである。
【００１７】
より好ましくは、最大サイズは１．０ｍｍである。
【００１８】
好ましくは、工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布は、５０％未満が４５μｍスクリーンを通過する。
【００１９】
より好ましくは、粒子サイズ分布は、３０％未満が４５μｍスクリーンを通過するものである。
【００２０】
より好ましくは、粒子サイズ分布は、１０％未満が４５μｍスクリーンを通過するものである。
【００２１】
好ましくは、鉱石は、水和した鉄鉱石である。
【００２２】
好ましくは、水和した鉱石は、針鉄鉱含有鉱石である。
【００２３】
好ましくは、融剤は、主として１００μｍ未満である粒子サイズ分布を有する。
【００２４】
好ましくは、融剤の粒子サイズ分布は、９５％を超える量が２５０μｍスクリーンを通過するものである。
【００２５】
好ましくは、融剤は、石灰石である。
【００２６】
好ましくは、工程（ａ）で製造される鉱石／融剤混合物は、焼成された団鉱の塩基性度が０．２を超えるように選択される。
【００２７】
より好ましくは、塩基性度は、０．６を超える。
【００２８】
「塩基性度」という用語は、本明細書では、焼成された団鉱の（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ）／（％ＳｉＯ2 ＋％Ａｌ2 Ｏ3 ）を意味するものと解釈される。
【００２９】
好ましくは、鉱石／融剤混合物にはバインダーは存在しない。
【００３０】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が鉱石／融剤混合物の全重量の２〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３１】
「鉱石／融剤混合物の全重量」という用語は、（ａ）鉱石／融剤混合物の乾燥重量、（ｂ）この混合物の固有の水分(inherent moisture)の重量、および（ｃ）（もしあれば）方法において混合物に加えられた水分の重量の合計を意味する。
【００３２】
「水分含量」という用語は、上記（ｂ）と（ｃ）の合計である。
【００３３】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が緻密な赤鉄鉱鉱石である鉱石についての鉱石／融剤混合物の全重量の２〜５重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３４】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が、５０％までの針鉄鉱を含む鉱石について鉱石／融剤混合物の全重量の４〜８重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３５】
好ましくは、工程（ｂ）は、鉱石／融剤混合物の水分含量が、主に、５０％を超えて針鉄鉱石を含む鉱石について、鉱石／融剤混合物の全重量の６〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む。
【００３６】
好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で１０ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３７】
より好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で８．５ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３８】
より好ましくは、プレス工程（ｃ）は、体積で６．５ｃｃ以下である団鉱を作り出す。
【００３９】
好ましくは、プレス工程（ｃ）は、低いロール圧力を用いて鉱石／融剤混合物をプレスすることを含む。
【００４０】
好ましくは、低いロール圧力は、少なくとも２ｋｇｆの生圧縮強度を有する団鉱を製造するのに十分である。
【００４１】
より好ましくは、生圧縮強度は、少なくとも４ｋｇｆである。
【００４２】
より好ましくは、生圧縮強度は、少なくとも５ｋｇｆである。
【００４３】
好ましくは、低いロール圧力は、鉱石／融剤の混合物に対する１０〜１４０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力により発生する。
【００４４】
より好ましくは、ロールプレス力は、１０〜６０ｋＮ／ｃｍである。
【００４５】
より好ましくは、ロールプレス力は、１０〜４０ｋＮ／ｃｍである。
【００４６】
好ましくは、硬化工程（ｄ）は、４０分間で焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００４７】
好ましくは、硬化工程（ｄ）は、３５分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００４８】
より好ましくは、硬化工程（ｄ）は、３０分以内に焼成温度に団鉱を加熱ことを含む。
【００４９】
より好ましくは、工程（ｄ）は、２０分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００５０】
より好ましくは、工程（ｂ）は、１５分以内に焼成温度に団鉱を加熱することを含む。
【００５１】
好ましくは、焼成温度は、少なくとも１２００℃である。
【００５２】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１２６０℃である。
【００５３】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３２０℃である。
【００５４】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３５０℃である。
【００５５】
より好ましくは、焼成温度は、少なくとも１３８０℃である。
【００５６】
好ましくは、焼成された(fired)団鉱は、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さ(crush strength)を有する。
【００５７】
より好ましくは、焼成された団鉱は、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する。
【００５８】
鉄鉱石微粉は、広く、鉱物学的特性(mineralogy)、鉱物の会合および粒子のテキスチャー、多孔性、サイズ分布および化学的性質のような岩石学的性質に基づいて４群に特徴付けられる。それらの群は、
（ａ）ＨＣ−緻密な赤鉄鉱／磁鉄鉱鉱石、
（ｂ）ＧＣ−５０％までの針鉄鉱を含む鉱石、および
（ｃ）Ｇ−豆石、砕岩(derritals)および海峡鉄分蓄積物(channel iron deposit)のような、主に針鉄鉱を含む、すなわち、５０％を超える針鉄鉱を含む鉱石
である。
【００５９】
本明細書では以降、ＧＣ鉱石の２つの特定の亜群、すなわち、
（ｉ）ＨＧ−赤鉄鉱により多くが占められている針鉄鉱含有鉱石、および
（ｉｉ）ＧＨ−ほぼ等量の赤鉄鉱および針鉄鉱を有する鉱石
について言及する。
【００６０】
理論により拘束されることを望むものではないが、生団鉱の結合機構は、粒子の機械的なかみ合わせ、ファン・デル・ワールス力を含む結合の組み合わせを含み、タイプＧＣおよびＧの原料の場合には、程度の変動する水素結合は存在する水和したイオン種、例えば、針鉄鉱のパーセンテージに依存すると信じられる。供給原料のいくつかの特性は、生団鉱と焼成された団鉱の品質および加工処理性能に影響を与えるそのような結合の形成に有意な影響を有するものとして確認されている。それらの特性とは、供給原料の水分レベルおよびその流動特性、鉱石の化学組成、そのサイズ分布および岩石学的特性および多孔性である。
【００６１】
好ましくは、供給原料は、高い充填密度と鉱石粒子の結合の向上を達成するために可能な限り広いサイズ分布のものである。上記のように、生団鉱の結合機構は、粒子の機械的なかみ合わせ、ファン・デル・ワールス力、およびタイプＧＣおよびＧの原料の場合には水素結合から生じる結合の組み合わせを通してのものであると信じられる。広いサイズ分布は、充填密度を増加させ、生団鉱の強度を高めるけれども、狭いサイズの鉄鉱石を団鉱化することは可能である。
【００６２】
粒子の最大サイズは圧潰プロセスにより決定されるが、しかし、好ましくは、硬化プロセスの後に許容し得る焼成された特性の団鉱を製造するために２．５ｍｍ未満である。一般的に、鉱石タイプＨＣおよびＨＧは、許容し得る焼成強度を達成するためのそれらの原料についてのより低い熱要求により、より粗い最大サイズで団鉱化し得る。原料の最大サイズは、圧潰またはふるい分けプロセスのいずれかにより減少させ得る。粒子の最低サイズには絶対限界は存在しない。しかし、きわめて微細な粒子（ペレット化のために必要とされるような）に鉱石を圧潰することは不必要であり所望されない。というのは、このことは、本発明により不必要とされた付加的な経済的負担であるからである。好ましくは、粒子の１０％未満が４５μｍのふるいを通過する。
【００６３】
有利には、団鉱化装置のポケット寸法(pocket dimension)は、満足な団鉱化が達成され得ることを保証するために、団鉱化される最大粒子サイズに基づき、ならびに適切な硬化性能のために選択されるべきである。典型的には、満足な団鉱化を達成する最大粒子サイズは、最小ポケット寸法の２５〜３０％である。もし最大粒子サイズがこの仕様を超えるならば、より大きなポケットサイズを選択することが必要であろう。
【００６４】
生団鉱の品質および製品収率を最適化するためには、供給水分を制御することが望ましい。水分の添加は、液体の橋架けが粒子間結合の有意義な形態となるレベルを超えるべきではない。このことは、生強度の減少をもたらし、加えて熱安定性に悪影響を及ぼす。不十分な水分は、団鉱のプレス工程で過剰加圧をもたらし得るものであり、生団鉱の品質と収率に悪影響を及ぼす。
【００６５】
加工処理される鉱石の供給特性に応じて、生団鉱の品質と収率を最適化するために、供給材料について２ないし１２ｗｔ％の水分含量が用いられる。緻密な赤鉄鉱精鉱は、一般的に２〜５ｗｔ％の範囲の低い最適団鉱化水分を有する。それらの精鉱は、しばしば、粒子のかみ合いの減少のために低強度の団鉱を生成させる滑らかな表面のテキスチャーを有する狭いサイズの粒子でできている。５０％までの針鉄鉱を有するより多孔性の針鉄鉱含有鉱石（ＧＣ）は、４〜８ｗｔ％水分の範囲で良好に団鉱化し、より多孔性の、主に針鉄鉱の鉱石（Ｇ）は、６〜１２ｗｔ％水分の範囲で良好に団鉱化する。そのような鉱石は、その団鉱化特性を高める粗い表面のテキスチャーおよび形状を有する。
【００６６】
通常の団鉱化装置を本発明の方法において用いることができる。本質的に、そのような装置は、団鉱を製造するために、隣接する位置調節されたポケット内に供給材料を圧縮するために、ニップ領域で一緒になるポケットを有する２つの隣接するロールを含む。本発明の場合には、ロールは、好ましくは、経済的な実現可能性のために要求される処理量を達成するために水平に配列される。
【００６７】
団鉱化は、用途に応じて広範なロール圧にわたって実施され得るけれども、鉄鉱石の団鉱化は、好ましくは、１０〜１４０ｋＮ／ｃｍ、より好ましくはこの範囲の低い側で、典型的には１０〜６０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力でなされる。鉄鉱石の団鉱化のためのそのような低圧操作は有意義であり、長さにして１．６ｍまでの団鉱化機械上での幅広ロールの使用により高い製造速度を達成することを可能とする。
【００６８】
好ましくは、ロール圧力は、団鉱化操作を最適化するために低圧範囲内で注意深く制御される。もしロール圧が低すぎると、ロールは引き離され、特に硬化後、団鉱の収率と品質を損なう厚いウエブとひずんだ団鉱を作り出す。もしロール圧力が最適を超えるならば、ポケットからの団鉱の放出の際の「クラムシェル(clamshell)」効果のために団鉱の貧弱な閉鎖(poor closure)が起こる。小さなロール直径および過剰なロール圧力については、クラムシェル効果はより際立ち、このことはまた、ポケットの結合／目詰まりも引き起こす。生団鉱の密度および圧潰強さは増加するけれども、焼成された団鉱の耐衝撃性は、ひどく損なわれるであろう。
【００６９】
好ましくは、水分レベルは供給系を通して材料の流動特性に影響を与えるように選択され、供給材料について２〜１２ｗｔ％の水分レベルが一般的には適切である。もし水分レベルが供給系についてあまりに高いならば、供給圧力は悪影響を受け、収率の減少と、低い生強度によって特徴付けられる団鉱の品質の低下をもたらす。もし供給材料が供給系について水分が低すぎるならば、結果としての供給圧力はクラムシェル化を引き起こし、このことは、収率の減少、ロールポケットの磨耗速度の増加および劣悪な焼成後特性をもたらし得る。
【００７０】
団鉱化装置は、予備コンパクト化(pre-compactor)供給系とともにまたは重力供給系とともに操作され得る。重力供給系は、鉄鉱石産業におけるように大重量が団鉱化される場合に有利である。
【００７１】
団鉱化プレスに関しては、ロール直径は、団鉱の品質が経済的に見合う製造速度で確保されることを保証するように選択される。大きな直径のロールは、製造速度を高速化させるが、しかしながら、そういったロールは、ニップ領域の面積もまた増加させる。ニップ領域の注意深い制御は、高品質の生団鉱の形成を容易にし、過剰に厚いウエブを有する団鉱の形成を回避する。ロール直径を変更すると、ロール直径の増大が供給水分の増加を表す、供給材料についての最適水分レベルもまた変更となる。ロール直径は、典型的には、２５０ｍｍ〜１２００ｍｍの範囲を有する。製造を最大化するためには、好ましくは、ロールは、団鉱の品質を維持しながら可能な限りの最高速で操作される。しかしながら、もし生産性が２義的問題であるならば、きわめて低速のロール速度も用いられ得る。
【００７２】
典型的には、１ｒｐｍから２０ｒｐｍの範囲のロール速度が用いられる。特に高速のロール速度で品質を維持するためには、供給原料は、団鉱の製造速度に合致する速度で、高品質の団鉱を形成するのに必要とされる力を作り出すニップ領域面積でロールに供給されることが望ましい。
【００７３】
団鉱化機械の圧力許容量の範囲内であるならば、いずれの適切なロール幅も選択され得る。鉄鉱石の団鉱化が低圧操作状態にあるとき、機械の能力を増大させる広いロールが好ましい。ロールは、好ましくは、重力供給系での使用を許容するために水平に配列される。ＨＣ、ＧＣ（ＨＧおよびＧＨを含む）、またはＧのいずれかの鉄鉱石の流動特性は、それぞれの分類群について上記特定された水分範囲で重力供給について適切である。
【００７４】
ポケットの形状は、一般的に、尖鋭な角度のものであるべきではないが、しかし、取り扱い特性を向上させるためにより平滑で丸みを帯びるものである。例として、ほぼ０．６５の長さ／幅および幅／深さ比が適切である。ポケットの形状はまた、ポケット内での粘着傾向に対抗する特定放出角度(specific release angle)１１０〜１２０°も有する。
【００７５】
ポケットのサイズは、硬化プロセスおよび材料の最大サイズおよび製鉄高炉についての要求事項にしたがって最適化され得る。典型的には、団鉱は、２ないし３０ｃｃの体積を有する。好ましくは体積は、１０ｃｃ以下である。より好ましくは、体積は、８．５ｃｃ以下である。より好ましくは、体積は、６．５ｃｃ未満である。
【００７６】
千鳥形配置のポケット形状は好ましい。というのは、それはロールの面上の利用可能な空間を最適利用し、したがって、処理量を最大化するからである。
【００７７】
好ましくは、硬化方法および条件は、原料の特性と団鉱の寸法の影響との間の複雑な関係に関連として選択される。
【００７８】
団鉱の体積、形状および原料の岩石学的特性の間の関係の配慮が要求される。供給材料の化学組成は、焼成された団鉱の特性に顕著な影響を有し得る。水分は別として、供給原料は、焼成された団鉱で要求される塩基性度レベルを与えるように加えられる要求される融剤とともに酸化鉄および脈石でできている鉄鉱石を含む。試験結果は、焼成された団鉱について要求される特性を達成するために、融剤は、好ましくは、典型的には＞９５％が２５０μｍを通過する微粉サイズにされるべきであることを示した。
【００７９】
理論により拘束されることを望むものではないが、焼成された団鉱についての結合機構は、拡散結合、および酸化鉄の再結晶化ならびにより大きな融剤レベルでのスラグ結合を含むと信じられる。それゆえ、融剤レベルおよび焼成温度およびある程度まで焼結時間は、団鉱の特性に強い影響を有する。塩基性度レベルの上昇は、減少した強度並びに硬化強度を改善し得る。というのは、より大きな融剤レベルは、還元条件の下での変形に抵抗する結合相の形成を促進するからである。
【００８０】
硬化は、ストレート格子、格子−キルンまたは連続キルンタイプのプロセスを用いて実施され得る。
【００８１】
最適の焼成プロフィールの下で製造された生団鉱は、同じ材料から調製されたペレットに比較して熱的に極めて安定であることが見出されている。ペレット化のための供給鉱石は、典型的には６０％までが４５μｍを通過する微細なサイズまで粉砕されねばならず、ペレットは、剥落(spalling)を回避するために典型的には＜２００℃の低温でゆっくり乾燥されねばならない。対照的に、上記のように、うまく硬化され得る本発明のための供給鉱石は、好ましくは２．５ｍｍまでの最大サイズを有するはるかに粗いものであり得、したがって、ペレットを製造するために必要とされるのと同じ程度まで粉砕する必要がない。この特色は、従来のペレット製造プラントに対する団鉱化操作のために主たる資本上の経費削減を提供する。
【００８２】
本発明の団鉱の重要な特性は、３０分以内、より好ましくは２０分以内での焼成温度への加熱のような高速での加熱に際して高温に耐える能力である。このことは、針鉄鉱鉱石が、脱水および遊離水除去帯域を通って急速に加熱されるとき団鉱が剥落するのを示してきた硬化状況でいかに応答するかについての従来の理解と非常に対照的である。
【００８３】
上述のように、本発明の団鉱の熱安定性は、ペレットよりはるかに優れていることが見出されており、団鉱は、剥落無しにペレットよりはるかに高速で加熱され得る。このことは、はるかに短い加熱サイクルを可能とする。結果として、団鉱の生産性は、同じ材料を用いるペレットについてよりも有意に高いであろう。例えば、ストレート格子キルン(straight grate kiln)でＨＧ鉱石について１６ｔ／ｍ2 ・日のペレット生産性に比較して、同じキルンで潜在的に３０ｔ／ｍ2 ・日台の団鉱の生産性が達成され得る。
【００８４】
先行技術の刊行物が本明細書で言及されるけれども、この明細書は、それらの刊行物のいずれかがオーストラリアまたはいずれか他の国において当該技術の共通の一般的知識の一部を形成するという許諾を構成しないことが明らかに理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための２５０ｍｍ直径ロールおよび予めコンパクト化された供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図２】図２は、本発明の方法を実施するための４５０ｍｍ直径ロールおよび重力供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図３】図３は、本発明の方法を実施するための６５０ｍｍ直径ロールおよび重力供給系を有する適切な装置の模式的例示である。
【図４】図４は、６ｃｃアーモンド型および４ｃｃ細長アーモンドポケットを有する４５０ｍｍロール上でのＨＧ材料についての供給水分に対する団鉱全体の収率のプロットである。
【図５】図５は、様々のポケット寸法を有する４５０ｍｍロール上でのＨＧ材料についての生団鉱の強度に対する供給水分の影響を示すプロットである。
【図６】図６は、６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＨＧ材料についての生団鉱の強度に対する供給水分の影響を示すプロットである。
【図７】図７は、４５０ｍｍロールおよび９ｃｃアーモンド型上での厚さ、生強度、および生密度のような団鉱の特性に対するロールプレス力の影響を示す。
【図８】図８は、６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＨＧ材料についての生強度に対するロールプレスの影響を示すプロットである。
【図９】図９は，６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料についての生強度に対するロールプレス力の影響を示すプロットである。
【図１０】図１０は、４５０ｍｍロールおよび９ｃｃアーモンド型を用いての９０ｋｇ／ｃｍ2 のロール圧力および６ｗｔ％の供給水分についての厚さ、生強度、および生密度のような団鉱の特性に対するロール速度の影響を示す。
【図１１】図１１は、予備コンパクト化器、２５０ｍｍロール、４ｃｃアーモンド型およびＨＧ材料を有する団鉱化機械のための操作ウインドウである。
【図１２】図１２は、５００ｍｍの深さの床の中での団鉱の硬化についての温度プロフィールを示す。
【図１３】図１３は、高生産性で団鉱を製造した団鉱硬化についての温度プロフィールおよび低生産性でペレットを製造したペレット硬化についての典型的な温度プロフィールを示す。
【図１４】図１４は、バッチ格子キルンの中での格子サイクルの終わりで６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてＧＨ材料で作られた団鉱に対する平均床温度の影響を示すプロットである。
【図１５】図１５は、バッチ格子キルン内での格子キルン燃焼サイクルの終わりで６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてＧＨ材料で作られた団鉱に対する平均床温度の影響を示すプロットである。
【図１６】図１６は、バッチ格子キルンの試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する焼成温度（１３８０℃）での時間の影響を示すプロットである。
【図１７】図１７は、バッチ格子キルンの中での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する焼成温度（１３８０℃）での時間の影響を示すプロットである。
【図１８】図１８は、キルンのみの中での試験サイクルの間のキルン内の７．５ｃｃＧＨ団鉱に対する滞留時間の影響を示すプロットである。
【図１９】図１９は、バッチ格子キルン内での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールおよび７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する床の高さと格子の燃焼プロフィールの影響を示すプロットである。
【図２０】図２０は、バッチ格子キルン内での試験サイクルの間の６５０ｍｍロールと７．５ｃｃ「ピロー」を用いてのＧＨ材料で作られた団鉱に対する床の高さと格子の燃焼プロフィールの影響を示すプロットである。
【図２１】図２１は、ＨＧ材料、２５０ｍｍロールおよび４ｃｃアーモンド型で作られた団鉱の焼成圧潰強さに対する塩基性度と焼成温度の影響を示す。
【図２２】図２２は、ＨＧ材料、２５０ｍｍロールおよび４ｃｃアーモンド型で作られた団鉱の膨潤、還元後圧潰強さ（ＣＳＡＲ）および還元性指数(reducibility index)のような還元された団鉱の特性に対する塩基性度の影響を示す。
【発明を実施するための形態】
【００８６】
本発明の好ましい態様が、単に例として、添付の図面を参照して以後記載されるであろう。
【００８７】
例１
団鉱化を、ロール直径、幅、供給系を変化させて３種の異なるロールプレスを用いて実施した。
【００８８】
３００ｋｇ／ｈｒの公称能力(nominal capacity)を有するタイヨーＫ−１０２Ａダブルロールプレスを用いて初期試験を行った。この機械は、３６ｍｍ幅の２５０ｍｍ直径ロールを有し、スクリュー形予備コンパクト化器を備えることを特徴とする。その主たる部品を示す模式図は、図１に見ることができる。
【００８９】
作り出された団鉱は、ピロー形(pillow-shaped)であり、１３×１９×２８ｍｍの公称寸法と４ｃｃの体積を有していた。それぞれのロールの周囲には単列の３０個のポケットが存在した。
【００９０】
２つのロールについては、一方は固定し、それに対して他方の「浮きロール」は、オイルとガスの充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラムの中のオイルは、ロールの間に所望の荷重力を提供するように加圧した。
【００９１】
団鉱化はまた、４５０ｍｍのロール直径および７５ｍｍのロール幅を有するコマレックＢＨ４００ダブルロールプレスを用いても実施した。供給原料は、ロール上に位置する供給ホッパーからニップ領域に重力供給した。その主たる部品の模式図は、図２に見ることができる。
【００９２】
様々の寸法の団鉱は、以下の詳細に従って製造した。
【００９３】
（１）公称８．９ｃｃの体積で１７．５×２８×３４．３ｍｍ。それぞれの列の周囲に千鳥形に配列された２列の４８ポケットが存在した（９ｃｃアーモンド型）。
【００９４】
（２）公称６．３ｃｃの体積で１４．５×２２．１×３３．９ｍｍ。それぞれのロールの周囲に千鳥形に配列された２列の６０ポケットが存在した（６ｃｃアーモンド型）。
【００９５】
（３）公称３．９ｃｃの体積で１５．２×２１．７×２２．９ｍｍ。それぞれの列の周囲に千鳥形に配列された３列の５８ポケットが存在した（４ｃｃ球状）。
【００９６】
（４）公称３．９ｃｃの体積で１１．２×１７．３×３２．１ｍｍ。それぞれのロールの周囲に対称的な列で配列された２列の７２ポケットが存在した（４ｃｃ縦長）。
【００９７】
２つのロールについては、一方は固定し、他方の「浮きロール」はオイルとガスの充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラム中のオイルは、ロールの間に所望される特定のプレス力を提供するように加圧した。
【００９８】
団鉱化はまた、６５０ｍｍの直径と１３０ｍｍのロール幅を有するケパーン５２／６．５ダブルロールプレスを用いても実施した。供給原料は、上に位置するホッパーからニップ領域に重力供給した。ニップ領域は、「ニップ領域アジャスター」を使用して制御した。その主たる部品の模式図は、図３に見ることができる。
【００９９】
作り出された団鉱は、３０×２４×１６ｍｍの公称寸法を有して「ピロー」型をしており、７．５ｃｃの体積を有する。ロールの面に渡って対照的に配列された４列の７７ポケットが存在した。
【０１００】
２つのロールについては、一方は固定し、他方の「浮きロール」はオイルとガスが充填されたラムにより固定されたロールに当接させて保持した。ラムの中のオイルは、ロールの間に所望される特定のプレス力を提供するように加圧した。
【０１０１】
例２
供給水分含量の影響を研究した。
【０１０２】
図４は、供給水分が例１で記載される４５０ｍｍロールを有する団鉱化プレスにより作り出される６ｃｃおよび４ｃｃ団鉱の収率に対して有意な影響を有したことを例証する。供給原料はロールに重力供給し、一方、ロールは、２０ｒｐｍの固定されたロール速度および９０ｋｇ／ｃｍ2 のロール圧力で操作した。
【０１０３】
水分含量の変動は、生強度、耐磨耗性および圧潰強さのような生特性に影響を与えるので、供給水分の制御もまた重要である。このことは図５および６において例証されている。
【０１０４】
図５は、供給水分レベルと４５０ｍｍロール、重力供給システム、および様々のポケットサイズを用いてＨＧで作られた団鉱についての強度との間の関係を示す。
【０１０５】
図６は、ＨＧ材料について６５０ｍｍロールと７．５ｃｃポケットで作られた団鉱についての同じ関係を示す。
【０１０６】
生強度は、ほぼ６％の最適水分含量についての最高値まで増加する傾向を有していた。７．５％を超える水分レベルでは、生強度は、許容不可能なほど低い。
【０１０７】
供給水分は、団鉱の圧潰強さおよび生耐磨耗性に対してそれほど影響を有していなかった。
【０１０８】
例３
上述のように、団鉱化操作は、広範なロール圧力に渡って実施できるけれども、団鉱化は、低圧で実施することが好ましい。鉄鉱石の団鉱化についてのそのような低圧操作は有意義であり、団鉱化機械について幅広のロールで高い製造速度を達成する可能性を開く。
【０１０９】
しかしながら、上述のように、もし団鉱化操作が最適化されるべきであるならば、ロール圧力は、その低圧範囲で注意深く制御されるべきである。もしロール圧力があまりに低く、ニップ領域が注意深く制御されていないならば、ロールは引き離され、厚いウエブとひずんだ団鉱を作り出し、特に硬化後製造収率と団鉱の品質を損なう。もしロール圧力が最適を超えると、ポケットからの団鉱の放出の際の「クラムシェル」効果のために団鉱の貧弱な閉鎖が起きる。生団鉱の密度および圧潰強さは増加するけれども、焼成された団鉱の耐衝撃性はひどく損なわれるであろう。
【０１１０】
図７は、公称９ｃｃのポケットを有する４５０ｍｍ直径のロールを有する重力供給機械で製造された原材料ＨＧについての団鉱の厚さおよび品質（圧潰強さの観点で測定される）に対するロール圧力の影響を示す。図は、許容し得る生強度が６０ｋｇ／ｃｍ2 ほどのロール圧力で得られたことを示す。
【０１１１】
図８と９は、６５０ｍｍ直径ロールを用いて得られたプレス力と得られる生強度の影響を示す。作業はＨＧおよびＧＨ原材料タイプについて実施し、４５０ｍｍでの作業と同様のロール圧力と生強度との関係を例証する。具体的には、図は、許容し得る生強度は２０ｋＮ／ｃｍのプレス力で得られたことを示す。
【０１１２】
プレス力はまた、団鉱の圧潰強さおよび生耐磨耗性に対して有意な影響を及ぼすことも見出され、上記両方の変数は、ロール圧力の増加に応答して増加する。
【０１１３】
例４
ロール速度もまた研究した。
【０１１４】
ｒｐｍで測定されたロール速度は、供給原料に適用される圧力の程度に対して影響を及ぼすことが見出された。
【０１１５】
ロール速度の増加は、ロールのニップ領域での滞留時間の短縮をもたらし、したがって、長時間にわたって低圧がもたらされる。ロール圧力は、主として、供給原料に及ぼされる圧力の程度を制御するために用いられ得るものであり、ロール速度は、製造速度を最大化するために変更され得る。しかしながら、生団鉱の製造操作を最適化するとき、団鉱の厚さと生強度に対するロール速度の影響を考えることは重要である。
【０１１６】
原材料ＨＧについての団鉱の厚さおよび品質（圧潰強さの観点で測定される）に対するロール速度の影響が、４５０ｍｍ直径ロールを有する重力供給機械について図１０に示される。
【０１１７】
同図は、ロール速度が増加したとき厚さおよび生強度が減少したことを示す。
【０１１８】
例５
例１で記載された団鉱化機械のプロセス変数、すなわち、ロール速度、予備コンパクト化器速度およびロール圧力、ならびに団鉱密度を、団鉱化のためのその特定の系についての操作ウインドウを決定するために用いた。
【０１１９】
図１１に示されるダイアグラムは、タイヨープレスでのＨＧ材料由来の公称４ｃｃの団鉱を形成するために２５０ｍｍロールで団鉱化するための操作ウインドウの例である。
【０１２０】
曲線を単純化するために、ロール圧力を１５０ｋｇ／ｃｍ2 に固定し、予備コンパクト化器の速度を２０ｒｐｍに固定した。一連の曲線は、４ｗｔ％ないし１２ｗｔ％の供給水分について示されている。それぞれが団鉱全体の形成をもたらす条件を表す。
【０１２１】
曲線の右側には、ポケットが満たされないか、または団鉱が弱く容易に分裂する低い供給圧力の領域が存在する。曲線の左側には、供給物に対する圧力が高すぎる領域が存在する。団鉱には剪断が起こり、ポケットの詰まりが発生した。６ｋｇｆを下回る強度範囲にわたって、団鉱は、ポケットからの放出に耐えるにはあまりに脆弱であり、ポケットにとどまるか、放出の際に分裂する。３０ｋｇｆを超えると、さらなるコンパクト化は達成され得ないであろう。団鉱は厚く、「クラムシェル」化し始めた。６ないし３０ｋｇｆの強度範囲が、すべての団鉱が試料材料とタイヨー団鉱化機械により形成され得るであろう極限的限界(outer limit)を規定する。
【０１２２】
操作ウインドウを決定するために、収率、密度、圧潰強さおよび落下／シャッター強度(drop/shatter strength)を含むある種の製品および品質のパラメーターが考慮される必要がある。一旦それらの特性が考慮されると、団鉱化プロセスの操作領域であるより狭い領域が規定され得る。
【０１２３】
図１１において、その領域は、５ないし９ｒｐｍのロール速度および６ｋｇｆないし１８ｋｇｆの生強度に存在する。
【０１２４】
例６
最適化された条件の下で製造された生団鉱は、同じ材料から形成されたペレットと比較して熱的に極めて安定であることが見出された。このことは、図１２および１３に示される。
【０１２５】
図１２は、ストレート格子プロセスをシミュレートする実験室規模での硬化の試行の間の、入口および出口ガスならびに団鉱の床の中の３箇所についての温度プロフィールを示す。
【０１２６】
床温度は、床の頂部から１００、２５０および５００ｍｍに配置された熱電対により測定した。
【０１２７】
団鉱は、図に示される高速で加熱されるとき熱的に安定であることが見出した。その良好な乾燥性能は、入口ガス温度が、団鉱を剥落させることなく１０分で周囲温度から１３４０℃に上昇することを可能とした。
【０１２８】
図１３は、３２ｔ／ｍ2 ．ｄおよび２５ｔ／ｍ2 ．ｄの生産性(productive)でＨＧ鉱石の公称４ｃｃの団鉱を製造した団鉱の硬化についての温度プロフィールを示す。同図はまた、比較としてペレットについての典型的な硬化温度プロフィールも示す。ペレットのプロフィールは、ペレットの剥落が最小化され、焼成後特性が最高となるような最適化されたプロフィールであった。ペレットのプロフィールは、１６ｔ／ｍ2 ．ｄの生産性でペレットを生産したが、その生産性は、団鉱の生産性より顕著に低いものである。団鉱とペレットは同じ鉱石のタイプから作った。
【０１２９】
団鉱の高い生産性は、団鉱が高速で加熱されることを可能とする生団鉱の熱安定性によるものであった。
【０１３０】
団鉱の熱安定性は、１つの硬化方法および１つの鉱石タイプに限定されないことが見出された。
【０１３１】
例７
試験生産規模(pilot scale)の格子−キルン系を、団鉱がキルンに入る前に格子を出て行くときの団鉱の特性を決定するために用いた。
【０１３２】
装置は、ポット格子とバッチキルンからなるものであった。可動格子をシミュレートするために、火炎温度を発生させるために、ＬＧＰガスバーナーを用いた。ポット格子は、ドラフトガス流を上下させることが可能であった。材料の温度は、ポットの壁を通して設置された熱電対を用いて床全体で測定された。それらの測定結果は、焼結サイクルの間の団鉱温度であると推定された。試験される団鉱の大きさによっては、温度測定結果は、団鉱外部の温度を示し、内部の温度は示さないであろう。測定された温度は、団鉱の外部の温度と床の中のその位置でのガス温度を合せたものであることが最もあり得そうなことである。
【０１３３】
図１４は、いかに、７．５ｃｃの生公称サイズを有するＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られた団鉱の温度が、初めにほぼ３００〜４００℃の平均床温度で最大まで増加し、その後、略７００℃で最小温度に降下するのかを示す。より高い温度では、強度が再び増加した。強度は、略７００℃で最小値まで降下し、その後、生強度より低くなる。このことは、格子からキルンへの材料の輸送にとって重要な要件である。強度はこの温度範囲で最低になったので、もし焼成プロフィールがこの温度で格子からキルンへの移動を含んでいたならば、最高度の劣化が予測され得たであろう。
【０１３４】
ストレート格子プロセスについては、硬化プロセスのために選択された床の高さは、重要ではなく、一般的に、合理的な生産性を達成しながら床の底部の団鉱の変形を回避するために選択されるガス透過性により阻害されないことが見出された。加えて、６ｃｃを超える団鉱体積では、床の透過性は、床の高さにより大きく譲歩させられることはなかった。結果として、硬化プロセスは、ペレット化操作についての場合のようにはこの変数によっては拘束されない。生団鉱の床の深さは、品質について妥協することなく生産性を最適化するように選択され得る。
【０１３５】
格子−キルンプロセスは、他の硬化プロセスから得られた製品と比較してより優れた焼成がなされた製品を製造するという観点である種の利点を提供し得る。それはまた、団鉱の中の温度勾配を減少させる方式で高い温度範囲を通してより均一に団鉱を加熱し、クラック形成をもたらし得る団鉱の示差的な収縮も回避する。また、回転キルンでは、全ての団鉱が同様の焼成温度および焼成時間に供されるので、団鉱の品質はストレート格子プロセスに比較してより均一である。
【０１３６】
適切なグレードの原材料が用いられるならば、直接還元プロセスが適切な団鉱の製造についての可能性もまた存在する。
【０１３７】
例８
焼成温度を研究した。
【０１３８】
ＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）７．５ｃｃの団鉱を格子−キルンパイロットリグ中で焼成し、格子区分についてすべて同じ燃焼プロフィールを用いた。キルンへの移動の後、示されるように達成された焼成温度を変更したことを除いて、焼成について同じプロフィールを適用した。結果を図１５に示す。
【０１３９】
このサイズの団鉱で適切な焼成された強度を達成するためには、キルンの中の焼成温度は少なくとも１３８０℃であるべきであるということが図１５において明確な示唆として存在する。
【０１４０】
図１５はまた、タンブル強度（タンブル指数−ＴＩ）および耐磨耗性（磨耗指数−ＡＩ）が焼成温度により改善したことも示す。
【０１４１】
例９
焼成温度およびその温度での時間を研究した。
【０１４２】
７．５ｃｃの公称サイズを有するＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られた団鉱を、一連の格子−キルン試験で焼成した。格子での焼成プロフィールは同じであり、その焼成温度でのキルン中での焼成時間のみを６ないし９分で変更した。キルン中での全焼成時間は同じにしたが、９分の焼成時間が６分の焼成時間と比較して１３８０℃までより高速の加熱速度を有するように、キルン中での加熱の速度から焼成のための余分な時間を取った。
【０１４３】
試験はまた、７．５ｃｃの場合で用いられたのと同じ焼成プロフィールを用いて６．３ｃｃＧＨ団鉱でも行った。
【０１４４】
結果を図１６と１７に示す。
【０１４５】
公称７．５ｃｃのサイズのＧＨ団鉱については、焼成強度は、キルン中でのより長い焼成時間により有意に増加した。このことは、焼成サイクルの間の団鉱のより大きな熱貫通によるものである。
【０１４６】
６．３ｃｃＧＨ団鉱についての焼成特性は、７．５ｃｃの場合について製造されたものの特性より優れており、熱貫通の問題は、団鉱の焼成された特性の形成について重要な問題であることを意味している。この結果はまた、団鉱の熱貫通が不十分であるとき、適切な強度は焼成された製品で得られないであろうことも示唆する。
【０１４７】
例１０
格子キルン中での滞留時間の影響を研究した。
【０１４８】
ＧＨ材料（ｄ９５＝１ｍｍ）から作られ、公称７．５ｃｃの団鉱を、パイロット規模のバッチ格子キルン中で焼成した。それらを生で、５００または１０００℃のいずれかに予備加熱されたキルンに装填した。焼成プロフィールを団鉱に負荷し、全滞留時間を報告した。結果を図１８に示す。
【０１４９】
図１８は、滞留時間の延長が焼成特性を向上させることを示し、要求される最終特性を達成するために製品を徹底的に加熱することの重要性を示唆する。
【０１５０】
高速加熱の効果は、格子の深い床の深さによっては減少しなかった。このことは図１９と２０に示されている。ペレットではしばしば起こるが、生団鉱の床はきわめて透過性であり、空気の流れを制限しなかった。使用可能な最大の床の深さは規定されなかったが、しかし、３００ｍｍを超えることはあり得る。これは、格子−キルン系では最良のペレット床についてさえ可能であることをはるかに超えている。
【０１５１】
例１１
団鉱の化学的性質の影響を研究した。
【０１５２】
ＨＧ材料から作られた焼成された団鉱の特性に対する塩基性度と温度の影響を特定の温度と時間についてマッフル炉中で団鉱を焼成することにより測定した。結果を図２１に示す。
【０１５３】
様々の塩基性度で作られた焼成された団鉱の化学分析についての結果は、１．２の塩基性度で６３．８１％のＦｅから０．２の塩基性度について６５．９３％のＦｅまでのグレードで変化した焼成された団鉱をもたらし、融剤添加のレベルを反映した。
【０１５４】
図２１に見られるように、圧潰強さは、温度が増加し、加えて、塩基性度が０．２から０．８に増加したとき増加した。この効果は研究される範囲にわたって温度が増加するときより有意となり、０．６塩基性度について１２９５℃で、０．８塩基性度について１２８０℃で３００ｋｇｆを達成することが可能であった。
【０１５５】
塩基性度レベルの増加が強度の増加をもたらすことについての説明は、結合機構の変化に関連する。低い塩基性度レベルでは、粒子の結合は、酸化鉄の再結晶化と酸化鉄−酸化鉄結合の形成の結果として起こる。高い塩基性度のレベルでは、溶融形成は低い温度で起こり、酸化鉄結晶の溶融を促進し、スラグ結合はより顕著となり、同じ温度でより高い強度を与える。
【０１５６】
例１２
全ての団鉱を用いた還元試験および標準還元試験方法ＪＩＳ８７１３／ＩＳ０７２１５を、１０分間１３００℃で焼結されたＨＧ団鉱で実施した。還元性、膨潤および還元後の圧潰強さ（ＣＳＡＲ）の結果を図２２に示す。
【０１５７】
還元性指数（ＲＩ）は、塩基性度レベルの範囲にわたって比較的安定のままであった。ＲＩは、０．２０の塩基性度で５３．８％から１．００の塩基性度で６２．２％をわずかに超えるほどまで変化した。
【０１５８】
膨潤指数はいくつかの応答を示し、最低の塩基性度で１１％から中間範囲で１４．８％まで変化し、１．２０の塩基性度でゼロに減少する。還元後の圧潰強さ（ＣＳＡＲ）は、塩基性度レベルの変化に対して大きな応答を示し、０．２０塩基性度で２２ｋｇｆから１．２０塩基性度で１２１ｋｇｆまでの範囲を有した。還元された強度のこの変化は、焼成された圧潰強さの結果を反映し、やはり、焼成された団鉱の結合相の変化に関係がある。低塩基性度団鉱は、主として酸化鉄−酸化鉄結合により結合し、この結合は還元の間に低下する。塩基性度レベルが増加すると、スラグ結合がより有意となる。それらの結合は、還元の間より安定となり、より大きな還元強度および１．２０の塩基性度でほとんど或いはまったく膨潤がないことを説明する。スラグ結合はまた、より大きなＳｉＯ2 およびＡｌ2 Ｏ3 レベルが融剤添加を増加させるＧＨおよびＧから作られた団鉱中の結合についてより重要な形態となっている。そのような団鉱は、一般的に還元後より強力となることがわかっている。というのは、還元プロセスは、非鉄結合相の破壊をもたらさないからである。少ない融剤添加しか要求しないＨＣのような高級鉱石は、ほとんど酸化物−酸化物結合にのみ依存し、したがって、還元がもたらされた後より小さな強度を有する。
【０１５９】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく上記本発明の態様に多くの変更を行うことができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）鉱石／融剤混合物を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤を混合する工程、
（ｂ）団鉱の品質および製造収率を最適化させるために、混合工程（ａ）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、
（ｃ）前記鉱石／融剤混合物をプレスして生団鉱にする工程、
（ｄ）焼成された団鉱を形成するために、前記生団鉱を硬化させる工程
を含む高炉または他の直接還元炉の原料としての使用に適切な鉄鉱石団鉱を製造する方法。
【請求項２】
工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布を形成するために鉱石を圧潰し、ふるい分けすることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ａ）で融剤と混合される鉱石の所定の粒子サイズ分布の最大サイズが３．５ｍｍである請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記最大サイズが３．０ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記最大サイズが２．５ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記最大サイズが１．５ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記最大サイズが１．０ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）で融剤と混合される鉱石の所定の粒子サイズ分布が、５０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記所定の鉱石粒子サイズが、３０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の鉱石粒子サイズが、１０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項８記載の方法。
【請求項１１】
鉱石が、水和した鉄鉱石である請求項１ないし１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記水和した鉱石が針鉄鉱含有鉱石である請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
融剤が主として１００μｍ未満である粒子サイズ分布を有する請求項１ないし１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記融剤の粒子サイズ分布が９５％を超える量が２５０μｍスクリーンを通過するものである請求項１ないし１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
工程（ａ）で製造される鉱石／融剤混合物が、工程（ｄ）で焼成された団鉱の塩基性度が０．２を超えるように選択される請求項１ないし１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記塩基性度が０．６を超える請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記鉱石／融剤混合物にはバインダーが存在しない請求項１ないし１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が該鉱石／融剤混合物の全重量の２〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１ないし１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が緻密な赤鉄鉱鉱石である鉱石について該鉱石／融剤混合物の全重量の２〜５重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が５０％までの針鉄鉱を含む鉱石について該鉱石／融剤混合物の全重量の４〜８重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が、主に、５０％を超える量の針鉄鉱石を含む鉱石について、該鉱石／融剤混合物の全重量の６〜１０重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
プレス工程（ｃ）が、体積で６ｃｃ以下である団鉱を作り出す請求項１ないし２１のいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
前記団鉱が、体積で８．５ｃｃ以下である請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記団鉱が、体積で６．５ｃｃである請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
プレス工程（ｃ）が、低いロール圧力を用いて前記鉱石／融剤混合物をプレスすることを含む請求項１ないし２４のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
前記低いロール圧力が、少なくとも２ｋｇｆの生圧縮強度を有する団鉱を作るのに十分である請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記低いロール圧力が、鉱石／融剤の混合物について１０〜１４０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力により発生する請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記ロールプレス力が１０〜４０ｋＮ／ｃｍである請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
硬化工程（ｄ）が、４０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項１ないし２８のいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
硬化工程（ｄ）が、３５分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
工程（ｂ）は、３０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
工程（ｄ）が、２０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
工程（ｄ）が、１５分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記焼成温度が、少なくとも１２００℃である請求項２９ないし３３のいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記焼成温度が、少なくとも１２６０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記焼成温度が、少なくとも１３２０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記焼成温度が、少なくとも１３５０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
前記焼成温度が、少なくとも１３８０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
焼成された団鉱が、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する請求項１ないし３８のいずれか１項記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する請求項１ないし３９のいずれか１項記載の方法により製造される焼成された団鉱。
【請求項１】
（ａ）鉱石／融剤混合物を形成するために（ｉ）４．０ｍｍ以下の最大サイズを有する所定の粒子サイズ分布を有する鉱石と（ｉｉ）融剤を混合する工程、
（ｂ）団鉱の品質および製造収率を最適化させるために、混合工程（ａ）の前にまたは間に、鉱石の水分含量を調節する工程、
（ｃ）前記鉱石／融剤混合物をプレスして生団鉱にする工程、
（ｄ）焼成された団鉱を形成するために、前記生団鉱を硬化させる工程
を含む高炉または他の直接還元炉の原料としての使用に適切な鉄鉱石団鉱を製造する方法。
【請求項２】
工程（ａ）で融剤と混合される所定の粒子サイズ分布を形成するために鉱石を圧潰し、ふるい分けすることをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
工程（ａ）で融剤と混合される鉱石の所定の粒子サイズ分布の最大サイズが３．５ｍｍである請求項１または請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記最大サイズが３．０ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記最大サイズが２．５ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記最大サイズが１．５ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記最大サイズが１．０ｍｍである請求項３記載の方法。
【請求項８】
工程（ａ）で融剤と混合される鉱石の所定の粒子サイズ分布が、５０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
前記所定の鉱石粒子サイズが、３０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の鉱石粒子サイズが、１０％未満が４５μｍスクリーンを通過する請求項８記載の方法。
【請求項１１】
鉱石が、水和した鉄鉱石である請求項１ないし１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記水和した鉱石が針鉄鉱含有鉱石である請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
融剤が主として１００μｍ未満である粒子サイズ分布を有する請求項１ないし１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
前記融剤の粒子サイズ分布が９５％を超える量が２５０μｍスクリーンを通過するものである請求項１ないし１３のいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
工程（ａ）で製造される鉱石／融剤混合物が、工程（ｄ）で焼成された団鉱の塩基性度が０．２を超えるように選択される請求項１ないし１４のいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
前記塩基性度が０．６を超える請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記鉱石／融剤混合物にはバインダーが存在しない請求項１ないし１６のいずれか１項記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が該鉱石／融剤混合物の全重量の２〜１２重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１ないし１７のいずれか１項記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が緻密な赤鉄鉱鉱石である鉱石について該鉱石／融剤混合物の全重量の２〜５重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が５０％までの針鉄鉱を含む鉱石について該鉱石／融剤混合物の全重量の４〜８重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｂ）が、前記鉱石／融剤混合物の水分含量が、主に、５０％を超える量の針鉄鉱石を含む鉱石について、該鉱石／融剤混合物の全重量の６〜１０重量％であるように鉱石の水分含量を調節することを含む請求項１８記載の方法。
【請求項２２】
プレス工程（ｃ）が、体積で６ｃｃ以下である団鉱を作り出す請求項１ないし２１のいずれか１項記載の方法。
【請求項２３】
前記団鉱が、体積で８．５ｃｃ以下である請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記団鉱が、体積で６．５ｃｃである請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
プレス工程（ｃ）が、低いロール圧力を用いて前記鉱石／融剤混合物をプレスすることを含む請求項１ないし２４のいずれか１項記載の方法。
【請求項２６】
前記低いロール圧力が、少なくとも２ｋｇｆの生圧縮強度を有する団鉱を作るのに十分である請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
前記低いロール圧力が、鉱石／融剤の混合物について１０〜１４０ｋＮ／ｃｍのロールプレス力により発生する請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
前記ロールプレス力が１０〜４０ｋＮ／ｃｍである請求項２５記載の方法。
【請求項２９】
硬化工程（ｄ）が、４０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項１ないし２８のいずれか１項記載の方法。
【請求項３０】
硬化工程（ｄ）が、３５分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３１】
工程（ｂ）は、３０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３２】
工程（ｄ）が、２０分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３３】
工程（ｄ）が、１５分間以内に焼成温度まで団鉱を加熱することを含む請求項２９記載の方法。
【請求項３４】
前記焼成温度が、少なくとも１２００℃である請求項２９ないし３３のいずれか１項記載の方法。
【請求項３５】
前記焼成温度が、少なくとも１２６０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３６】
前記焼成温度が、少なくとも１３２０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３７】
前記焼成温度が、少なくとも１３５０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３８】
前記焼成温度が、少なくとも１３８０℃である請求項３４記載の方法。
【請求項３９】
焼成された団鉱が、少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する請求項１ないし３８のいずれか１項記載の方法。
【請求項４０】
少なくとも２００ｋｇｆの圧潰強さを有する請求項１ないし３９のいずれか１項記載の方法により製造される焼成された団鉱。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−１７０８３（Ｐ２０１１−１７０８３Ａ）
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１０−１７８００１（Ｐ２０１０−１７８００１）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【分割の表示】特願２００３−５１７３２６（Ｐ２００３−５１７３２６）の分割
【原出願日】平成１４年８月２日（２００２．８．２）
【出願人】（３９３０２８０８１）コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション (12)
【出願人】（５０４０４１５８３）ローブ・リバー・マイニング・カンパニー・ピーティーワイ・リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２７日（２０１１．１．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７８００１（Ｐ２０１０−１７８００１）
【出願日】平成２２年８月６日（２０１０．８．６）
【分割の表示】特願２００３−５１７３２６（Ｐ２００３−５１７３２６）の分割
【原出願日】平成１４年８月２日（２００２．８．２）
【出願人】（３９３０２８０８１）コモンウェルス サイエンティフィック アンド インダストリアル リサーチ オーガニゼーション (12)
【出願人】（５０４０４１５８３）ローブ・リバー・マイニング・カンパニー・ピーティーワイ・リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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