特表 2024-511090 ペレット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-12

(54)【発明の名称】ペレット

(51)【国際特許分類】

   C22B 1/242 20060101AFI20240305BHJP

   C21C 5/52 20060101ALI20240305BHJP

   C22B 1/02 20060101ALI20240305BHJP

【ＦＩ】

C22B1/242

C21C5/52

C22B1/02

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023558246

(86)(22)【出願日】2022-03-18

(85)【翻訳文提出日】2023-09-21

(86)【国際出願番号】 GB2022050691

(87)【国際公開番号】W WO2022200770

(87)【国際公開日】2022-09-29

(31)【優先権主張番号】2103972.2

(32)【優先日】2021-03-22

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519373822

【氏名又は名称】バインディング ソリューションズ リミティド

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100108903

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 和広

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100217179

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智史

(72)【発明者】

【氏名】リチャード ジョイス

(72)【発明者】

【氏名】タムシン キングスリー－アダムズ

【テーマコード（参考）】

4K001

4K014

【Ｆターム（参考）】

4K001AA10

4K001BA23

4K001CA15

4K001CA26

4K001CA28

4K001CA29

4K001CA30

4K014CB01

(57)【要約】

Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを含むペレット；上記ペレットの製造方法であって、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを混合して混合物を形成すること、及び混合物を凝集させてペレットを形成することを含む、方法；並びに鋼の製造方法であって、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを含むペレットを電気アーク炉内で加熱することを含む、方法。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを含む、ペレット。

【請求項2】

前記Ｃグレード鉄微粉が、５０～９５重量％の範囲内で、鉄及び／又は合金鉄を含む、請求項１に記載のペレット。

【請求項3】

前記Ｃグレード鉄微粉が、５０μｍ～８ｍｍの範囲内である、粒度分布を有する、請求項１又は請求項２に記載のペレット。

【請求項4】

前記バインダーが、無機バインダー、有機バインダー、又はそれらの組み合わせを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項5】

前記有機バインダーが、ペレットの０．３～０．５重量％の範囲内で存在する、請求項１～４のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項6】

前記無機バインダーが、１重量％～６重量％の範囲内で存在する、請求項１～５のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項7】

前記有機バインダーが、３，０００～１６，０００ＭＰａ・ｓの範囲内の粘度を有する、請求項１～６のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項8】

前記バインダーが、２種以上のケイ酸塩を含む無機バインダーを含み、前記２種以上のケイ酸塩が、液体の形態である少なくとも１種のケイ酸塩、及び粉末の形態である少なくとも１種のケイ酸塩を含む、請求項１～７のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項9】

前記バインダーが、ポリアクリルアミド樹脂、レゾール樹脂、ノボラック樹脂、ポリビニルアルコール、及び多糖類から選択される、ポリマー有機バインダーを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項10】

前記バインダーが、ポリビニルアルコールを含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項11】

前記ポリビニルアルコールが、１５，０００～１５０，０００の範囲内の分子量を有する、請求項１０に記載のペレット。

【請求項12】

前記バインダーが、さらにフェノール－ホルムアルデヒド樹脂を含む、請求項１０又は請求項１１に記載のペレット。

【請求項13】

安定剤をさらに含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項14】

前記安定剤が、セルロース系材料から選択される、請求項１３に記載のペレット。

【請求項15】

０．０５～０．５重量％の安定剤を含む、請求項１３又は請求項１４に記載のペレット。

【請求項16】

架橋剤をさらに含む、請求項１～１５のいずれか一項に記載のペレット。

【請求項17】

請求項１～１６のいずれか一項に記載のペレットの製造方法であって、前記Ｃグレード鉄微粉及び前記バインダーを混合して混合物を形成すること、並びに前記混合物を凝集させてペレットを形成することを含む、方法。

【請求項18】

前記ペレットを冷間形成する、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

凝集が、バインダーマトリックスの形成を含む、請求項１７又は請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

凝集が、前記混合物の圧密を含む、請求項１７～１９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項21】

請求項１～１６に記載のペレットを、電気アーク炉内で加熱することを含む、鋼の製造方法。

【請求項22】

前記ペレットを、酸化雰囲気下で加熱する、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

鋼を製造する方法であって、随意に請求項１３～１６のいずれか一項に記載の方法によって製造された、請求項１～１６のいずれか一項に記載のペレットを提供すること、ペレットを電気アーク炉に輸送すること、及び請求項２１又は２２に記載の方法によって鋼を製造することを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ペレット、特にはＣグレード微粉から形成された、鉄含有ペレットに関する。

【背景技術】

【0002】

地球の核内に豊富に存在する一方で、地球資源の全てと同様、利用可能な鉄の量は有限であり、環境コストが、鉄の採掘及び製錬活動に関連して、特には汚染という点でかかる。その結果、鉄を含有する廃棄材料のリサイクルを最大化することが望まれ、これは、ひいては、典型的には山（ヒープ）又は池（ポンド）内に長期貯蔵することによって処理しなければならない鉄廃棄物を、減らす。

【0003】

廃棄鉄、例えば金属スクラップからの廃棄鉄などを、鋼に処理する技術は存在する。多くの場合、金属スクラップは、「シュレッド」（白物品若しくは自動車、又はその他の軽量鉄骨（ライトゲージスチール））、又はヘビーメルト（重溶解）（大きなスラブの角材）であり、これは、電気アーク炉を用いて処理される。金属スクラップを用いる際の問題点は、投入される鋼（及び、したがって作り出される鋼）の品質が、しばしば悪いことである。その結果、金属スクラップから作り出される鋼について、多くの場合、比較的高価な海綿鉄又は銑鉄を加えることによって、品質を向上させる必要がある。このため、このような廃棄物のリサイクルは、商業的に成り立たなくなりうる。

【0004】

国際公開第２０１８／１９３２４３号は、電気アーク炉内で鉄鉱石から鋼を作り出すことを記載しており、鉄鉱石を還元性雰囲気内で処理し、それによって、電気アーク処理技術を用いた金属スクラップのリサイクルよりも低コストで鋼に変換しうる鉄を作り出す。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

Ｃグレード鉄微粉は、鉄鋼製錬工業の産物である。例えば、Ｃグレード鉄微粉は、空冷スラグを選別した後に残る、金属スクラップの一つのグレードである。大量に作り出されるため、それらは廃棄材料とみなされ、処理が困難であり、商品価値が低い；なぜなら、存在する成分（典型的には、鉄鉱石、他の金属鉱石、スラグ、及び鉄、の混合物）を分離するのが難しいためである。その結果、他のグレードの製錬副産物が、典型的に精製かつリサイクルされる一方で、Ｃグレード鉄微粉は、典型的には、上述の廃棄製錬材料貯蔵山の構成要素として見つけ出される。

【0006】

この部分的な理由は、Ｃグレード鉄微粉は、一般的に低量の金属性鉄を含み、微粉の２０～４０重量％の範囲内であることが多く、したがって微粉から鉄を抽出することは、歴史的に経済的に非現実的であったためである。金属性鉄とは異なり、一部の合金鉄を、１０重量％ほどの低量でも、採算が合うように抽出することは、可能である。しかしながら、この鉄原料を回収することが望まれるであろうし、本発明は、この問題の少なくともいくつかの側面を克服又は改善することを意図されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

したがって、本発明の第一の側面では、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを含むペレットが提供される。このペレットを、金属スクラップの代替品として鉄鋼業によって用いてよく、そうでなければ廃棄される資源を有効に利用し、鉄廃棄物の投棄によって引き起こされる環境汚染を軽減するのに役立つ。このペレットは、金属スクラップよりも安定した製品を提供することが判明しており、これは、より少ない不純物を有し（換言すれば、ペレットは「より清浄」である；なぜなら、金属スクラップは通常、例えば、油、プラスチック、及び／又は銅などを汚染物質として含有するであろうためである）、より安価である；なぜなら、Ｃグレード鉄微粉は、商業的価値を有さないため、ペレットの主成分は、本質的にはコストのかからない成分であるためである。さらに、廃棄物であるＣグレード鉄微粉をリサイクルすることには、これらを処分するのとは対照的に、経済的な利点がある；なぜなら、廃棄物を売却して製造者に収益をもたらしうるためである。このことは、製錬会社の廃棄負担を減少させる；なぜなら、作り出される廃棄物の量が、大幅に減少するであろうためである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本明細書で用いる「Ｃグレード微粉」という用語は、当業界におけるその一般的な意味を与えられることを意図されている。鉄の製錬は、典型的にはＡグレード、Ｂグレード、及びＣグレードに分類される、様々な金属性副産物を作り出す。この分類は、主に成分の大きさによるものである；最も大きな塊は、Ａグレードスクラップを形成し、より小さな（一般的に比較的価値の低い）塊は、Ｂグレードスクラップを形成し、かつ微粉は、Ｃグレードスクラップを形成し、これは、一般的にＣグレード微粉と呼ばれる。このように、Ｃグレード微粉は、低量の他の材料を含む、粒状の金属性物を表す用語である。これは、酸化した金属微粒子である「ダスト」、及び不純物を含有する、濡れた微粒子スラリーである「テーリング（尾鉱）」と、対照的である。典型的には、Ｃグレード微粉は、平均粒径が５０μｍ～１０ｍｍの範囲内、多くの場合５００μｍ～６ｍｍの範囲内、多くの場合１ｍｍ～４ｍｍの範囲内である。粒度分布は、以下のようなものである；一般的にｃ微粉粒子の１００％が、平均粒径１０ｍｍ未満であろうし、多くの場合その粒子の８０～１００％が、平均粒径６．３ｍｍ未満であろう。これは、最大粒径が約１ｍｍである粒度分布を有すると予想されるであろう、多くの金属粉末又はダストとは異なる。

【0009】

「Ｃグレード鉄微粉」への言及は、任意の金属性鉄及び／又は合金鉄を含有するＣグレード微粉を含むことを意図されている。Ｃグレード鉄微粉は、未処理のものであってよく、この場合、それらは、典型的には、微粉の２０～４０重量％の範囲内で、金属性鉄及び／若しくは合金鉄を含むであろうし、又はそれらは、金属性鉄及び／若しくは合金鉄の含有量を、例えば、下記の範囲に増加させるように、処理されてよい；鉄及び／若しくは合金鉄が微粉の５０～９５重量％である範囲内、多くの場合、６０～８５重量％、若しくは７０～８０重量％である範囲内。処理されたＣグレード鉄微粉内で見つけ出される鉄の量は、このペレットが、鉄の金属スクラップ源に対する、優れた、安価かつ清浄な代替品となるようなものである。

【0010】

「鉄」及び「金属性鉄」という用語は、本明細書では互換的に用いられ、「合金鉄」という用語は、当該技術分野におけるその通常の意味を有し、具体的には、合金鉄は、高い割合の１種以上の他の元素を有する鉄（最大の割合を占めるが、合金の５０％未満であることが多い）の合金である。よく知られた合金鉄として、フェロマンガン、フェロクロム、フェロモリブデン、フェロチタン、フェロバナジウム、フェロシリコン、フェロボロン、及びフェロフォスフォラスが挙げられる。合金鉄は、典型的には、金属性鉄よりも低い融点範囲を有するため、それらは、鋼の製造に用いられることが多い；なぜなら、それらを、金属性鉄よりも容易に溶鋼中に取り込むことができるためである。

【0011】

用語「ペレット」として、一般にペレット、ロッド、ペンシル及び／又はスラッグと呼ばれる物体が挙げられることに、留意すべきである。ペレットは、典型的には、２０ｍｍ、より典型的には１６ｍｍ若しくは１５ｍｍの最大平均直径、２ｍｍ、特には５ｍｍの最小平均直径、又は１０～１２ｍｍの範囲内の平均直径を有する。これらの物体は、材料を圧密した形態であるという共通の特徴を共有し、主にその大きさ及び形状によって区別される。

【0012】

Ｃグレード鉄微粉はしばしば凝集し、凝集ステップ／凝集体の形成が、よりペレット化しやすい微粉を提供する。凝集は、バインダーの存在によって促進される。凝集体は、Ｃグレード鉄微粉よりも取り扱いが著しく容易であり、それらが、容易に炉へ運搬かつ供給されるのを可能にする。さらに、微粉粒子、及び微粒子を扱うことから生じる関連する環境への危険性も取り除かれた。凝集前に、Ｃグレード鉄微粉は、一般的には、５０μｍ～１０ｍｍ、５００μｍ～６ｍｍ、又は１ｍｍ～４ｍｍの範囲内である平均粒径を有する。

【0013】

バインダーは、無機バインダー、有機バインダー、又はそれらの組み合わせを含みうる。典型的には、バインダーは、０．３重量％～６重量％の範囲内、しばしば０．５重量％～４重量％の範囲内、しばしば０．５重量％～２．５重量％の範囲内で存在する。

【0014】

多くの場合、無機バインダーは（単独で、又は１種以上の有機バインダーと組み合わせてのいずれか）、１重量％～６重量％、しばしば２重量％～４重量％の範囲内で存在する。

【0015】

多くの場合、無機バインダーは、１種以上のケイ酸塩（例えば、そのナトリウム塩の形態であるケイ酸塩）、又は抵抗性材料を含み、抵抗性材料として、以下が挙げられるが、以下に限定されない：ケイ素、アルミニウム、マグネシウム、カルシウム、及びジルコニウムの、酸化物、炭化物、若しくは窒化物。例えば、抵抗性材料は、アルミナ、耐火粘土、ボーキサイト、クロマイト、ドロマイト、マグネサイト、炭化ケイ素、ジルコニア、又はそれらの組み合わせを含みうる。本明細書で用いられる場合、「抵抗性材料」という用語は、熱応力、高圧、又は化学試薬による浸食に対して、耐性がある材料を指す。１種以上のケイ酸塩は、液体の形態、粉末の形態、又はそれらの組み合わせであってよい。１種以上のケイ酸塩が液体の形態である場合、それは、より多量に存在するであろう；なぜなら、粉末状ケイ酸塩よりも液体状ケイ酸塩の方が、活性レベルが低いためである。１種以上のケイ酸塩が液体の形態である場合、それは、２重量％～６重量％、しばしば３重量％～５重量％の範囲内で存在することが多い。１種以上のケイ酸塩が粉末の形態である場合、０．５重量％～３．５重量％、しばしば１重量％～３重量％の範囲内で存在することが多い。２種以上のケイ酸塩が存在する場合があってよく、少なくとも１種は液体の形態、かつ少なくとも１種は粉末の形態である。２種以上のケイ酸塩が存在し、少なくとも１種が液体の形態、かつ少なくとも１種が粉末の形態である場合、液体の形態及び粉末の形態が、５：１～１：１の比率で存在する場合が多い。随意に、その比は３：１であってよく、随意に、その比は３：２であってよい。

【0016】

無機バインダーが、バインダーと相互作用してｃグレード微粉の凝集を促進する、１種以上の添加剤をさらに含む場合がありうる。添加剤の例として、グリセリンアセテート（例えばジアセルチルグリセロール及びトリアセタールグリセロールなど）、グリセロール、グリオキザール、又はそれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。多くの場合、添加剤は、トリアセタールグリセロールである。理論によって束縛されることはないが、トリアセタールグリセロールは、無機バインダーと化学的に相互作用して、ｃグレード微粉末の凝集を助ける。

【0017】

多くの場合、有機バインダーは、ポリマー有機バインダーであり、これは、有機樹脂、例えばポリアクリルアミド樹脂、フェノール－ホルムアルデヒド樹脂（レゾール樹脂若しくはノボラック樹脂など）など、及び／又は多糖類（デンプン、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＭＨＥＣ）、アラビアガム、グアーガム若しくはキサンタンガムなど）から選択されうる。多糖類を、増粘剤として用いうる。ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＭＨＥＣ）は、特には良好な貯蔵寿命を有し、強度を高めることが分かっている。これを、有機樹脂と混合してよい。

【0018】

デンプンの例として、例えば小麦、トウモロコシ、及び大麦デンプンなどが挙げられる。より典型的には、デンプンは、ジャガイモデンプンである；なぜなら、これは、比較的安価であるためである。レゾールとは、塩基触媒を用いたフェノール－ホルムアルデヒド樹脂であり、ホルムアルデヒドのフェノールに対する比が、１より大きい（通常は約１．５）。ノボラックは、フェノール－ホルムアルデヒド樹脂であり、ホルムアルデヒドのフェノールに対するモル比は、１未満である。

【0019】

フェノールホルムアルデヒド樹脂が、少なくとも１種の無機及び／又は有機バインダーと組み合わせて存在する場合、それは、しばしば０．１重量％～０．５重量％、しばしば０．２重量％～０．４重量％の範囲内で存在する。

【0020】

有機バインダーは、３０００～１６０００ｍＰａ・ｓの範囲内、しばしば６０００～１４０００ｍＰａ・ｓの範囲内、又は１００００～１２０００ｍＰａ・ｓの範囲内、場合によっては約１２０００ｍＰａ・ｓで、存在しうる。これらの範囲で、バインダーが、最適なペレット強度を提供することが判明している。

【0021】

ポリマー有機バインダーは、ポリビニルアルコールを有する場合が多いであろう。ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）を、他のバインダーの代わりに、又は他のバインダーに加えて、バインダーとして用いてよく、それによって、ポリマー有機バインダーは、１０～１００重量％、しばしば２０～９０重量％又は５０～７５重量％のＰＶＡを含みうる。バインダーが、ＰＶＡ及びフェノール－ホルムアルデヒド樹脂を含む場合がありうる。代替的には、ポリマー有機バインダーは、本質的にＰＶＡから構成されてよく、又はＰＶＡから構成されてよい。

【0022】

理論によって束縛されることはないが、ＰＶＡは、迅速な硬化を提供し、高い強度を提供すると考えられる；なぜなら、ＰＶＡによって形成されるポリマーネットワークが、強固であるためである。さらに、ＰＶＡを用いたブリケッティングのプロセスは、塊状材料から空気を排除し、これは、金属の酸化を低減しうる。金属の酸化は、それが、エンドユーザーによって処理可能な金属性鉄の量を減少させるという、単純な理由のため望ましくない。

【0023】

ポリビニルアルコールは、典型的には、鹸化と呼ばれるプロセス内で、ポリ酢酸ビニルを水酸化ナトリウムと反応させて、酢酸の酢酸ラジカルをヒドロキシルラジカルに置き換えることによって、ポリ酢酸ビニルから商業的に形成される。部分鹸化とは、酢酸基の一部が、ヒドロキシル基によって置換され、それによって少なくとも部分的に鹸化されたポリビニルアルコール残渣を形成していることを意味する。

【0024】

典型的には、ＰＶＡは、少なくとも８０％、典型的には少なくとも８５％、少なくとも９０％、少なくとも９５％、少なくとも９９％又は１００％鹸化の、鹸化度を有する。ＰＶＡを、例えば、ドイツのＫｕｒａｒａｙ Ｅｕｒｏｐｅ ＧｍｂＨから商業的に得うる。典型的には、それは、水溶液として活用される。ＰＶＡは、例えば、水酸化ナトリウムを含むように修飾されていてよい。

【0025】

典型的には、ＰＶＡバインダーは、溶液中の場合、１２～１３％の活性ポリマー含有量を有し、４～７の範囲内のｐＨを有する。さらに、ＰＶＡは、多くの場合１５，０００～１５０，０００の範囲内の分子量であろう。随意に、ＰＶＡは、多くの場合３０，０００～１２０，０００の範囲内の分子量であろう。理論によって束縛されることはないが、より低い分子量、例えば１５，０００～６０，０００の範囲内の分子量を用いて、高濃度のバインダー溶液を生成することができ、これは、ひいてはペレットの強度を向上させうると考えられる。

【0026】

有機バインダーは（単独で、又は１種以上の無機バインダーと組み合わせてのいずれか）、ペレットの０．３～０．９重量％の範囲内で存在しうる。多くの場合、０．６～０．９重量％の範囲内である。０．３重量％未満の有機バインダーが存在する場合、凝集体の構造的完全性が低いことが、判明している。理論によって束縛されることはないが、これは、Ｃグレード鉄微粉が、充填性に乏しい形状であり、その結果、微粒子間に大きな空隙が存在するためであると考えられる。したがって、有機バインダーは、微粒子の表面上に、隣接する粒子を一緒に単にくっつけようとする分散膜を形成する、有機バインダー材料の作用メカニズムによくあるような、働きをしない。その代わり、有機バインダーは、マトリックスであってここからＣグレード鉄微粉を組み込むマトリックスを、形成する必要がある。その結果、典型的であろう量よりも多くの有機バインダーが、必要となる。さらに、この問題は、Ｃグレード鉄微粉の金属性の高い領域では、有機バインダーとの強い結合が形成されないという事実によって悪化する。０．３重量％未満の有機バインダーでは、マトリックスは、Ｃグレード鉄微粉を凝集させるよう機能しうるが、構造的一体性は弱い。加えて、高量のガラス状要素が、Ｃグレード鉄微粉内に存在することが指摘されている（典型的に見られる多くのスラグ含有による）。さらに、処理されたＣグレード鉄微粉（例えば、金属性鉄及び／又は合金鉄量が微粉の５０重量％を超える場合）に関して、金属濃度が上昇するにつれて、金属は、ボールベアリングの形状をとり始め、ボールベアリングの表面の物理的特性は、不規則とは対照的に平滑である（例えば、多量の鉄鉱石を有しうる、低金属性物含有Ｃグレード鉄微粉の場合と同様）。これは、処理されたＣグレード鉄微粉を、より凝集しにくくするため、典型的な場合であろう量よりも多くの有機バインダーが必要となる。

【0027】

さらに、１．０重量％超の有機バインダーが存在する場合、それは、過湿でありうるし、粘着性の高いペレットを生成しうるし、これは望ましくないことが、判明している。この部分的な理由は、Ｃグレード鉄微粉の密度が高いためであり、それらは特には吸収性が高くないためである。

【0028】

このように、比較的高い量の有機バインダー及び比較的低い量の有機バインダーを有する、凝集体及びペレットを形成することは可能である一方、一般的な場合には、有機バインダーは、ペレットの０．３～０．９重量％の範囲内、しばしば０．３～０．６重量％の範囲内で存在するであろう。

【0029】

典型的には、粘土バインダーは、Ｃグレード鉄微粉に添加されない。このような追加のバインダーの組み込みは、ブリケットの純度を低下させ、その商品価値を低下させるであろう。

【0030】

ペレットはまた、典型的には、安定剤を含み、ここで、安定剤は、随意に、セルロース系有機材料又は植物に基づいたガムから選択される。典型的には、安定剤は、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、又はグアーガムから選択される。典型的には、安定剤は、ヒドロキシエチルメチルセルロース（ＭＨＥＣ）又はカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）を含む。存在する場合、ペレットは、典型的には、０．０５～０．５重量％、しばしば０．１～０．４重量％の範囲内、しばしば０．２５～０．３５重量％の範囲内の安定剤を含むであろう。安定剤は、ペレット内のＣグレード鉄微粉の混合を促進しうる。Ｃグレード鉄微粉は高い密度を有するため（例えばそれらは金属スクラップよりも高い密度を有する）、それは、バインダーマトリックスが形成される間に、系を安定化させることに有用でありうるし、Ｃグレード鉄微粉がバインダー内で十分に混合された状態を保つことを、確実にする。

【0031】

本出願人は、本発明の第一態様を用いて作られたブリケットの強度及び弾力性は、適切な架橋剤を添加することによってさらに改善されうることを見出した。適切な架橋剤として、例えば、グルタルアルデヒドが、例えば０．０１～５重量％で、挙げられる。水酸化ナトリウムは、例えば０．１重量％で、架橋剤として用いてもよい。ＰＶＡバインダーとの使用に特に適した架橋剤として、グリオキザール、グリオキザール樹脂、ＰＡＡＥ樹脂（ポリアミドアミンエピクロロヒドリン）、メラミンホルムアルデヒド、有機チタネート（例えばＴｉｚｏｒ^ＴＭ、デュポン社製）、ホウ酸、アンモニウム、炭酸ジルコニウム、及びグルタル酸ジアルデヒド－ビス－硫酸ナトリウムが挙げられる。典型的には、架橋剤は、最大５重量％、より典型的には３重量％又は２重量％の量で存在するであろう。バインダーがＰＶＡである場合、これは、例えば、ＰＶＡの量を、例えば、０．８重量％又は０．５重量％から、例えば、０．３重量％又は０．４重量％のＰＶＡに、減らすことを可能にする。これは、材料の強度を改善する費用効果の高い方法である。

【0032】

防水剤を、ペレットの材料の耐候性を高めるために用いてよい。これを、Ｃグレード鉄微粉と組み合わせてよく、又はペレットの外部表面上に層として、例えばスプレー（噴霧）などによって、組み合わせてよい。これとして、例えば、スチレン－アクリレートコポリマー、及びビチューメンエマルジョンなどが挙げられる。

【0033】

しかしながら、ペレットが、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーから構成され、又は本質的に構成されている場合もありうる。

【0034】

本発明の第二態様では、本発明の第一態様によるペレットを作り出す方法が提供され、この方法は、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを混合して混合物を形成すること、及び随意に混合物を凝集させてペレットを形成することを含む。上述したように、凝集は、典型的には、個別のＣグレード鉄微粉粒子間でのバインダーマトリックスの形成を通じて達成される。凝集は、混合物の圧密によってさらに促進される。これは、混合物の真空圧密、押出成形、又は加圧でありうる。圧密は、Ｃグレード鉄微粉とのバインダーの相互作用を促進する。典型的には、パンミキサーが、混合物を凝集させるのに用いられる。

【0035】

ペレットは、金属を抽出するために処理される（例えば鋼処理の際）前に、例えば焼結せず、又は６０℃超若しくは４０℃若しくは３０℃超に加熱せず、冷間形成される場合がありうる。換言すれば、ペレットを、形成の際に意図的に加熱しようとしない場合が多いであろうが、摩擦熱は、ペレットの形成を助けるために用いられる任意の加圧及び／又は押出成形プロセスによって発生しうるし、バインダーが、その場で発熱反応を起こしうる。しかしながら、これらの熱源は、いずれも、ペレットの形成に影響を与えるほどの十分な熱を発生させるとは考えられないであろう。冷間形成の利点は、次の点で大きい；加熱が不要であるため、エネルギー消費がない。また、ペレットを作り出すための炉も不要であり、その結果、より単純化された、より経済的かつ環境的に有益な製造プロセスをもたらす。代替的には、低レベルの加熱、例えば１００℃～２５０℃の範囲内の加熱など、が適用される場合がありうる。低レベルの加熱は、ペレットのより速い形成を可能にする。低レベルの加熱が適用される場合、それは、３０分～２４時間にわたって、適用される。当業者は、外部の周囲温度、配合物中の成分の性質、及び作り出されるペレットの所望の特性（例えば、低含水率）などの要因が、低レベル加熱を適用する期間に影響を与えるであろうことを理解し、かつ認めるであろう。したがって、当業者は、プロセス内で適用する加熱の期間及びレベルを決定する際に、このような要因を考慮するであろう。

【0036】

本発明の第三態様では、本発明の第一態様によるペレットを、電気アーク炉などの炉内で、加熱することを含む、鋼の製造方法が提供される。高炉とは対照的に、電気アーク炉の使用は、電気アーク炉の柔軟性を利用できるシステムをもたらす。

【0037】

典型的には、ペレットは、酸化雰囲気下で加熱される。典型的には、酸素が適用され、その結果、Ｃグレード鉄微粉中に存在する鉄から、炭素及び汚染物質が酸化される。

【0038】

本発明はまた、本発明によるペレットであって、随意に本発明によるペレットの製造方法によって製造されるペレットを提供すること、ペレットを電気アーク炉に輸送すること、本発明の方法によって鋼を製造することを含む、鋼の製造方法も提供する。

【0039】

ペレットを、それが用いられる場所とは別の場所で作り出しうる。すなわち、ペレットを、例えば鉄鉱石微粉が、堆積している場所で製造してよく、バインダーと結合することによってペレットに加工され、その後、地理的に離れた場所にある電気アーク炉に輸送される。輸送は、例えば、船、道路、又は鉄道によるものであってよい。

【0040】

代替的には、バインダーを、実質的に炉と同じ場所で、粒子状鉄鉱石と混合してよく、その後炉内に投入してよい。

【0041】

ペレットを、例えば、ベルトコンベヤーによって、又はペレットを移動させる他の適切な手段によって、炉内に投入してよい。

【0042】

したがって、Ｃグレード鉄微粉であって、随意にＣグレード微粉の５０～９５重量％の範囲内である鉄及び／又は合金鉄を含むＣグレード鉄微粉、並びにバインダーであって、無機バインダー、有機バインダー、又はそれらの組合せを含むバインダー、を含むペレットが、提供される。随意に、バインダーは、ペレットの０．３重量％～６重量％である。随意に、無機バインダーは（単独で、又は１種以上の有機バインダーと組み合わせてのいずれかで）、ペレットの１重量％～６重量％である。随意に、有機バインダーは（単独で、又は１種以上の無機バインダーと組み合わせてのいずれかで）、ペレットの０．３～０．９重量％、任意に０．３～０．５重量％である。随意に、Ｃグレード鉄微粉は、２０μｍ～８ｍｍの範囲内の平均粒径を有し、バインダーは、随意に１５，０００～１５０，０００の範囲内の分子量及び３０００～１６，０００ｍＰａ・ｓの範囲内の粘度の、ポリビニルアルコールを含む。随意に、バインダーは、少なくとも１種の無機及び／又は有機バインダーと組み合わせたフェノールホルムアルデヒド樹脂をさらに含み、これは、多くの場合、０．１重量％～０．５重量％、しばしば０．２重量％～０．４重量％の範囲内で存在する。随意に、ペレットは、０．０５～０．５重量％の安定剤をさらに含み、ここで、安定剤は、随意に、セルロース系有機材料又は植物に基づいたガムから選択される。典型的には、安定剤は、ヒドロキシエチルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、又はグアーガムから選択される。典型的には、安定剤は、ヒドロキシエチルメチルセルロース又はカルボキシメチルセルロースを含む。

【0043】

さらに、Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを混合して混合物を形成すること、並びに、随意にバインダーマトリックスの形成によって、混合物を凝集させてペレットを形成することを含む、記載のような冷間形成されたペレットの製造方法を提供する。

【0044】

Ｃグレード鉄微粉及びバインダーを混合して混合物を形成すること、随意にバインダーマトリックスの形成によって、凝集させること、並びに、低レベル加熱、典型的には１００℃～２５０℃の範囲内の加熱を、混合物に適用してペレットを形成すること、を含む、記載のペレットの製造方法がさらに提供される。低レベル加熱が適用される場合、それは、３０分～２４時間にわたって適用される。上述したように、当業者は、外部の周囲温度、配合物中の成分の性質、及び作り出されるペレットの所望の特性（例えば、低含水率）などの要因が、低レベル加熱を適用する期間に影響を与えるであろうことを理解し、かつ認めるであろう。したがって、当業者は、プロセス内で適用する加熱の期間及びレベルを決定する際に、このような要因を考慮するであろう。

【0045】

加えて、随意に酸化性雰囲気下で、電気アーク炉内で記載のペレットを加熱することを含む、鋼の製造方法が提供される。また、随意に記載の方法によって製造された、記載のペレットを提供すること、ペレットを電気アーク炉に輸送すること、及び記載の方法によって鋼を製造することを含む、鋼の製造方法が提供される。

【0046】

特に断りのない限り、記載された各整数は、当業者に理解されるであろうような、任意の他の整数と組み合わせて用いてよい。さらに、本発明の全ての態様は、好ましくは、その態様に関連して記載された特徴を「含む」が、それらは、概略的に記載された特徴から「構成される」又は「本質的に構成される」ことがありうることが、特に想定される。加えて、全ての用語は、本明細書において具体的に定義されない限り、当該技術分野においてそれらの一般的に理解される意味を与えられることが意図される。

【0047】

さらに、本発明の議論では、反対の記載がない限り、パラメータの許容範囲の上限値又は下限値に対する代替値の開示は、代替値の小さい方と大きい方との間にある、上記パラメータの各中間値それ自体もまた、パラメータに関してありうる値として開示されていることを、暗に示すものとして解釈されるであろう。

【0048】

加えて、特に断りのない限り、本願に記載されている全ての数値は、「約」という用語によって修飾されていると理解されたい。

【0049】

本発明は、より容易に理解されうるために、それは、以下、具体例を参照してさらに説明されるであろう。

【実施例1】

【0050】

実施例１－粘度及び分子量に関するバインダー機能の評価

【0051】

（ｉ）粘度を、ＬＡＭＹ Ｂ－ｏｎｅ粘度計を用い、５０ｒｐｍで測定した。ＰＶＡの全グレードは、クラレ（登録商標）から購入した。

【0052】

【表1】

【0053】

試験標本を、合金鉄含有量が約７２％である高金属化フェロニッケル基材を用いて、標準的な添加率及び添加条件で、作製した。安定化バインダーを、配合物内に組み込んだ。Ｃ－微粉の金属含有量は、多相物理分離技術、例えば破砕、粉砕、乾式ジグ、湿式ジグ、磁気分離、及び湿式高強度磁気分離など、を用いて増加させてよく、このようにして、実施例の高金属化フェロニッケル基材及び鉄基材を作製する。

【0054】

（ii）

【0055】

【表2】

【0056】

３０００ｍＰａ・ｓを超える粘度、理想的には少なくとも６０００ｍＰａ・ｓの粘度が、グリーン強度（すなわちペレット形成）及び硬化強度の両方にとって望ましいことが、観察されている。

【0057】

３０００～６０００ｍＰａ・ｓの粘度は、良好な硬化強度を与えるであろうが、グリーン強度が、生産規模では損なわれうることが、確認されている。ただし、他の成分を、配合物を改変するために加えてよい。

【0058】

３０００ｍＰａ・ｓ未満の粘度は、満足ではないことが確認されている。

【0059】

実施例２：配合物への安定剤の効果

【0060】

鉄Ｃ微粉を、３種類のバインダー配合物と混合し、２０ｍｍ×３０ｍｍ×４０ｍｍのブリケットを、ＨＵＴＴローラープレス機において、２１０ｂａｒの圧力及び重力供給で、作製した。

【0061】

【表3】

【0062】

配合物１及び２の比較から、セルロース繊維安定剤の存在は、ペレットの硬化強度を向上させることが分かりうる。配合物２及び３、並びに配合物３及び４の比較によって、バインダー及び安定剤の量を増加させることは、ペレットの硬化強度も改善することが示されている。ブリケットは、約８５％の鉄含有量を有した。

【0063】

実施例３：さらなる実施例

【0064】

フェロニッケル微粉を２種類のバインダー配合物と混合し、ブリケットを作製した：

【0065】

【表4】

【0066】

実施例４：振動圧密標本

【0067】

鉄Ｃ微粉及びフェロニッケルのサンプルを、バイブロタンピング法によって作製した：

【0068】

２つのサンプルは、それぞれの材料を直動式パンミキサーで混合することによって生成され、１５０ｍｍ×１５０ｍｍのコンクリート試験モールド内に置かれた。離型剤は用いなかった。モールドは、１層内に充填され、電動往復ハンマードリルを用いて、１０秒間にわたって圧密された。力を均一に適用するために、１４８ｍｍ^２のプレートを用いた。

【0069】

標本は、グリーン状態でモールドから自由に離すことができた。

【0070】

グリーンサンプルは、コンクリート荷重試験機で試験したとき、下記に示されるような強度を提供し、これが有用なペレット化方法であることを示した：
フェロニッケル：１４．５Ｎ／ｍｍ^２
鉄：６．１Ｎ／ｍｍ^２

【0071】

実施例５ － 様々なＣ微粉又は鉄含有化合物の粒度分布

【0072】

【表5】

【0073】

粒度分布は、ＢＳ ＥＮ ９３３－１：２０１２を用いて測定した。

【0074】

実施例６ － 無機バインダーシステム

【0075】

鉄Ｃ微粉を、４種類の無機バインダー配合物と混合し、ブリケットを、ＨＵＴＴローラープレスで、２１０Ｂａｒの圧力及び重力供給で、作製した。

【0076】

【表6】

【0077】

この表は、液体及び粉末ケイ酸塩の組み合わせが存在する場合、良好な圧縮強度及び取り扱い性を得うることを、示している。

【0078】

Ｃグレード鉄微粉は、丸みを帯びた粒子（高球形度）の形態であることが多く、狭い粒度分布を有するため、強固な凝集を達成することが困難でありうる；なぜなら、微粉マトリックス内の機械的インターロックのレベルが低いためである。しかしながら、表６から明らかなように、上記の無機バインダーシステムは、高いグリーン強度及び高い硬化圧縮強度の両方を有するペレットをもたらす。

【0079】

本発明の製品及びプロセスは、さまざまな方法において実施可能であり、そのうちのいくつかを、上記で例示かつ説明したに過ぎないことが、認められよう。

【国際調査報告】