集積企業（鉄鋼業界）

凝集鉱は、凝集プラントで焙焼・焼結された鉄酸化物と脈石からなる材料である^[注1]^[1]。この製品は、鉄鉱石と酸化物を事前に混合した石炭を燃焼させることによって得られる。鉄鉱石をこのように調整することで、高炉での使用が最適化される。

歴史

凝集の利点は早い段階で認識されていましたが、当時使用されていたプロセスは連続的ではありませんでした。砥石の格子でできた原始的な方法は、燃料を大量に消費するため、19 世紀末に廃止されました。^{[L 1]}その後、高炉がこれに取って代わりました。高炉の効率がはるかに高かったのは、反応の閉じ込めと逆流操作 (固体は沈み、ガスは上昇) によるものです。^{[L 2]}

これらの炉では、現在私たちが求めているものとは逆の結果を得るために鉄鉱石が焙焼されました。1895年には、凝集を避け、砕けやすい鉱石を得るために低温で焙焼が行われました。^{[L 3]}

当時の鉱石焙焼炉は高炉や石灰窯を参考にしたタンク式で、あまり生産性の高い装置ではありませんでした。^[2]^{[L 4]} 1910年頃、原理3を自動化したグリーンアウォルド法^[3]が開発され、年間30万トンの生産が可能になりました。^[4]

1906年6月、ASドワイトとRLロイドはチェーン式凝集機（グレートとも呼ばれる）を初めて製作し、銅鉱石と鉛鉱石の凝集を開始しました。鉄鉱石用の最初の凝集ラインは1910年にペンシルベニア州バーズボロに建設されました。^[2]

チェーン上の鉱石の焼結が鉄鋼業界で普及するまでに約30年かかりました。第二次世界大戦前は主に鉱石の微粉の再生に使用されていましたが、1945年以降は原鉱石の処理に広く使用されるようになりました。今日では、さまざまな鉱石の混合、とりわけさまざまな鉄含有量の鉱物廃棄物の組み込みに重要な役割を果たしています。このリサイクルの役割により、収益性が向上し、鉄鋼コンプレックスから発生する廃棄物の量が減少します。鉄鋼コンプレックスでは、鉄分を多く含む残留物（スラグ、スラッジ、粉塵など）が大量に発生します。^[2]

興味と制限

興味

チップボードは高炉での使用に最適化された製品です。そのためには、いくつかの条件を満たす必要があります。

酸化物脈石で構成され、コークスの燃焼灰（本質的にシリカ）と結合して、不純物（特にコークスによって供給される硫黄）に対して反応性があり、高炉のライニング耐火物に対してそれほど攻撃的ではなく、使用に適した品質の可溶性スラグを生成する。
正確な粒子サイズ（通常20～80 mm）を確保する（粒子が小さすぎると炉が詰まり、粒子が大きすぎると炉心内で変形するのに時間がかかりすぎる^{[L 5]}）。
可能な限り高い温度で還元ガスの透過性を維持する。
低温の吸熱反応は、高炉の外でより経済的に実行できます。これらは基本的に、乾燥、脈石の焼成（石灰石の脱炭素化と粘土または石膏の脱水）、および還元反応です。その結果、凝集体は、同じ重量で、鉱石よりも鉄分が多くなります。
鉄酸化物を過剰に酸化するが、高炉内に存在する一酸化炭素によって、Fe ₂ O ₃は、酸化度の低い化合物、特にFe ₃ O ₄よりもよく還元される。^{[L 6]}

もう一つの利点は、望ましくない元素の除去です。連鎖凝集プロセスにより、鉱石とその添加物に含まれる硫黄の 80 ～ 95% が除去されます。^[2]また、この方法は、高炉を「毒化」する元素である亜鉛を除去する方法でもあります。亜鉛の蒸発温度は 907°C で、これは十分に伝導された焙焼の蒸発温度に相当します。^{[L 7]}^{[注 2]}

制限事項

一方、凝集物は研磨性製品であり、特に吸収材用に設計されていない場合は高炉容器を損傷し、^{[SF 1]}何よりも壊れやすい。繰り返し取り扱うと粒度が劣化して微粉が発生するため、高炉から離れた場所での梱包には適さない。そのため、ペレットが好まれる。特に粉砕に対する耐寒性は、焼結中のエネルギー入力を増やすことで改善できる。^[5]

機械的強度を向上させると、凝集体を使用するプロセスにおける凝集体の性能も向上します。ヘマタイト（Fe ₂ O ₃）をマグネタイト（Fe ₃ O ₄）に還元すると、内部応力が発生します。しかし、凝集体の製造コストが増加するだけでなく、機械的強度を追求すると還元性が低下します。^[5]

構成

凝集体は一般的に酸性と塩基性に分類されます。完全な塩基度指数icは、質量濃度の次の比によって計算されます。^[2]

$I_{c}={\frac {[CaO]+[MgO]}{[SiO_{2}]+[Al_{2}O_{3}]}}$

多くの場合、単純化された塩基度指数 i (または ia と表記される) を計算するだけで簡略化されます。これはCaO / SiO2の比に等しくなります。^{[SF 2]}指数 ic が 1 未満の凝集物は酸性であると言われ、1 を超えると一般に塩基性であると言われ、1 に等しい場合は自己溶融性であると言われます (i _{c =1 は i}_a =1.40に相当します^{[SF 3]} )。1950 年代以前は、ic 値が 0.5 未満の凝集物が大多数を占めていました。その後、凝集物が石灰石を組み込むことができ、石灰石が別途高炉に投入されることが認識されると、塩基性指数が普及しました。1965 年には、0.5 未満の指数は生産された凝集物のトン数の 15% 未満を占め、塩基性凝集物は 45% を占めました。^[2]

ここでも、次の関係が見つかります。kは経験的に決定された定数^[6]です(簡略化のため、1 ^{[SF 4]}に等しい場合もあります)。鉄の還元は、それ自体が塩基性環境によって促進され、2<i _b <2.5 でピークに達します。この範囲では、機械的強度も最も高くなります (また、スラグの溶融性は最も低く、高炉からの除去が困難になります)。ib 値が 2.6 を超えると、溶融凝集体の割合が増加し、細孔が詰まり、ガスと酸化物の化学反応が遅くなります。i b_指数が1 未満の酸性凝集体の場合、鉱石の約 15% が還元されただけで軟化が始まります。^[6] $\scriptstyle \ i_{b}={\frac {[CaO]+k\cdot [MgO]}{[SiO_{2}]}}$

したがって、最適な塩基度指数は、使用される鉱石、高炉の技術的特性、鋳鉄の用途、および望ましい品質に応じて決定されます。例:

ミネット（鉱石）から作られ、トーマス法で精錬される鋳鉄の塩基度はi=1.35（完全な指数I=1）であり、これは低温粘性（酸性スラグが必要）と脱硫（塩基性スラグが有利）の間の妥協点であった。^{[SF 3]}
硫黄分の多い鋳鉄が問題にならない工場では、より酸性の塊状物（i=0.9～1.0）を採用しています。これはシリコンの減少に有利ですが、硫黄含有量が非常に高くなり、0.1～0.25%になる可能性があります。^{[SF 4]}
高炉でフェロマンガンを生産するには、マンガン収率が高く、したがって i = 1.7 または 1.8 までの高い塩基度が必要です (この特定のケースでは、指数はに該当することに注意してください)。この場合、スラグ温度が 1,650°C に達する可能性があるため (精錬用鋳鉄の生産では 1,450°C - 1,550°C になります)、溶融性は二次的な考慮事項です。 $\scriptstyle \ i={\frac {[CaO]+[MgO]+[BaO]}{[SiO_{2}]}}$

参照

参考文献

^ “Cockerill Ougrée”. tchorski . 2017年8月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。
^ abcdef ストラスブルガー、ジュリアス H. (1969)。高炉の理論と実践。ゴードン・アンド・ブリーチ・サイエンス・パブリッシャーズ。ISBN 978-0-677-10420-1。
^ Mining and Scientific Press（1921年1月-6月）。カリフォルニア州立図書館。1921年。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: その他 (リンク)
^ Hand (巡回裁判官), L. (1928). DWIGHT & LLOYD SINTERING CO., Inc. 対 GREENAWALT (AMERICAN ORE RECLAMATION CO., 介入者)。第 2 巡回控訴裁判所。
^ ab Geerdes、マールテン;トクソペウス、ヒスコ。ブリート、コル・ファン・デル;シャニョー、ルナール。ヴァンダー、ティム。賢いよ、ジェニファー（2009）。現代の高炉製鉄: 入門 (第 2 版)。アムステルダム：IOSプレス。ISBN 978-1-60750-040-7. OCLC 441170874.
^ ab Metallurgie: Berichte, gehalten im Kontaktstudium 'Metallurgie d.アイゼンスさん。 2: アイゼンエルツゥグン。デュッセルドルフ: Verl.シュターライゼン。 1982年。ISBN 978-3-514-00260-9。

レデブル、アドルフ。Manuel théorique et pratique de la metalllurgie du fer、Tome I および Tome II。

^ レデバー（1895a、252-253ページ）
^ レデバー（1895a、p.254-271）
^ Ledebur (1895a、pp. 244–251)
^ レデバー（1895a、p.260-270）
^ レデバー（1895a、237ページ）
^ レデバー（1895a、248ページ）
^ Ledebur (1895a、pp. 231–233, 245–247)

コルビオン、ジャック (2003)。 Le Savoir… fer — Glossaire du haut fourneau。 Le langage… (savoureux、parfois) des hommes du fer et de lazone fonte、du Mineur au… cokier d'hier et d'aujourd'hui。

^ § ロレーヌの高炉の物語：その作戦（フォントイ工場）
^ § 簡易（塩基度）指数
^ ab § 縮小インデックス
^ ab § 塩基性

文献

アドルフ、レデブル（1895a）。Manuel théorique et pratique de la metalllurgie du fer、Tome I。バーバリーのド・ラングラード訳。ボードリー・エ・シエ編集局のポリテクニック図書館。
アドルフ、レーデブル（1895b）。Manuel théorique et pratique de la metalllurgie du fer、Tome II。バーバリーのド・ラングラード訳。ボードリー・エ・シエ編集局のポリテクニック図書館。

注記

^ フランス語圏のベルギーでは、この材料はそこで生産され消費されていたため、揚げるのではなく焼結するため t が 2 つ付いて「フリット」と呼ばれてきました。
^ 歴史的には、硫酸製造の残留物である黄鉄鉱の焙焼は、硫黄と亜鉛を除去することのみを目的としていました。黄鉄鉱には 60 ～ 65% の鉄と 0.01% 未満のリンが含まれていますが、最大 6% の硫黄と 12% の亜鉛が含まれています。

[2] “Cockerill Ougrée”. tchorski . 2017年8月18日時点のオリジナルよりアーカイブ。

[:0-6] ストラスブルガー、ジュリアス H. (1969)。高炉の理論と実践。ゴードン・アンド・ブリーチ・サイエンス・パブリッシャーズ。ISBN 978-0-677-10420-1。

[8] Mining and Scientific Press（1921年1月-6月）。カリフォルニア州立図書館。1921年。{{cite book}}: CS1 メンテナンス: その他 (リンク)

[9] Hand (巡回裁判官), L. (1928). DWIGHT & LLOYD SINTERING CO., Inc. 対 GREENAWALT (AMERICAN ORE RECLAMATION CO., 介入者)。第 2 巡回控訴裁判所。

[:1-15] Geerdes、マールテン;トクソペウス、ヒスコ。ブリート、コル・ファン・デル;シャニョー、ルナール。ヴァンダー、ティム。賢いよ、ジェニファー（2009）。現代の高炉製鉄: 入門 (第 2 版)。アムステルダム：IOSプレス。ISBN 978-1-60750-040-7. OCLC 441170874.

[:2-18] Metallurgie: Berichte, gehalten im Kontaktstudium 'Metallurgie d.アイゼンスさん。 2: アイゼンエルツゥグン。デュッセルドルフ: Verl.シュターライゼン。 1982年。ISBN 978-3-514-00260-9。

[3] レデバー（1895a、252-253ページ）

[4] レデバー（1895a、p.254-271）

[5] Ledebur (1895a、pp. 244–251)

[7] レデバー（1895a、p.260-270）

[10] レデバー（1895a、237ページ）

[11] レデバー（1895a、248ページ）

[12] Ledebur (1895a、pp. 231–233, 245–247)

[14] § ロレーヌの高炉の物語：その作戦（フォントイ工場）

[16] § 簡易（塩基度）指数

[:0-17] § 縮小インデックス

[:1-19] § 塩基性

[1] フランス語圏のベルギーでは、この材料はそこで生産され消費されていたため、揚げるのではなく焼結するため t が 2 つ付いて「フリット」と呼ばれてきました。

[13] 歴史的には、硫酸製造の残留物である黄鉄鉱の焙焼は、硫黄と亜鉛を除去することのみを目的としていました。黄鉄鉱には 60 ～ 65% の鉄と 0.01% 未満のリンが含まれていますが、最大 6% の硫黄と 12% の亜鉛が含まれています。