JP2005187946A - 脆性成形体及びそれを用いたブリケット - Google Patents

Abstract

【課題】研削切粉を有効に再利用することができる脆性成形体及びそれを用いたブリケットを提供する。
【解決手段】鉄系金属の研削切粉と油分及び水分を含有する研削液とを含む綿状凝集体Ｃを、所定形状に圧縮成形した脆性成形体Ｚを得る。脆性成型体は、嵩比重が１．５以上であり、また、その表面側に内部側よりも高密度且つ高硬度の強化層が形成されている。この脆性成形体に固形化補助剤Ｄを含浸させて強化されたブリケットＢを得る。
【選択図】図４

Description

この発明は、鉄系金属の研削切粉を有効利用することができる脆性成形体及びそれを用いたブリケットに関する。

軸受鋼や浸炭鋼等の鉄系金属を研削（以下、研磨、超仕上げ研磨及びラッピング等も含む概念として使用する）した際に生じる切粉は、水分及び油分を含有する研削液や砥粒等を含む綿状（繊維状）凝集体として回収されている。この綿状凝集体は、多量の純鉄を含むことからこれを製鋼原料として再利用することが試みられている。しかし、この綿状凝集体は多量の水分を含有していることから、これを溶鉱炉にそのまま投入すると、当該水分によって突沸（水蒸気爆発）が生じるという問題を引き起こす。そこで、綿状凝集体中の水分を遠心分離等によって除去することが考えられるが、この場合には、綿状凝集体に含まれる油分も水分とともに除去されて、綿状凝集体の自然発熱により研削切粉の成分である純鉄が酸化鉄に変質する。このため、これを製鋼原料として再利用するには還元する必要があり、還元剤の使用等によりコスト高になる。

また、前記油分の付着した研削切粉は相互に密着し難いことから、綿状凝集体をそのまま圧縮成形しても所望の強度に固形化するのが困難である。さらに、炭素の含有量が０．２重量％以上の鉄系金属の研削切粉を多量に含む綿状凝集体については、圧縮時のスプリングバックが大きいので、これを圧縮成形しても所望の強度に固形化するのが困難である。したがって、圧縮成形した綿状凝集体を溶鉱炉に投入しても、飛散しながら舞い上がって、集塵機によって大半が回収されてしまうという問題を生じる。
さらに、前記綿状凝集体に含まれる繊維状の研削切粉は、ハンマーミル等で粉砕することが困難であるので、綿状凝集体を細かくせん断することができない。このため、綿状凝集体をブリケット等に加工することも困難である。
したがって、前記綿状凝集体は再利用することなく廃棄物処理業者に委託して埋め立て処分されているのが実状である。

しかし、このような綿状凝集体の埋め立て処分は、資源の有効利用という観点から好ましくない。また、環境悪化を引き起こすとともに、廃棄コストが高くつくという問題もある。
この発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、研削切粉を有効に再利用することができる脆性成形体及びそれを用いたブリケットを提供することを目的とする。

前記目的を達成するためのこの発明の脆性成形体は、鉄系金属の研削切粉と油分及び水分を含有する研削液とを含む綿状凝集体を所定形状に圧縮成形し、これにより前記研削切粉をせん断して固形化してなる脆性成形体であって、嵩比重が１．５以上であり、その表面側に内部側よりも高密度且つ高硬度の強化層を形成していることを特徴としている（請求項１）。
このような構成の脆性成形体は、嵩比重が１．５以上であるとともに、その表面側に強化層を形成しているので、所望の強度及び形状維持性を確保することができる。また、嵩比重が１．５以上の多孔質体であるので、その内部深くまで固形化補助剤を容易に浸透させることができる。なお、嵩比重が１．５よりも小さければ小さいほど、その内部深くまで固形化補助剤をより容易に浸透させることができるが、その反面所望の強度を確保し難くなる。

前記綿状凝集体は、焼入した鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体に、未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を混合したものであってもよい（請求項２）。この場合、未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体とともに、焼入した鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を容易に固形化することができる。また、脆性成形体の嵩比重及び強度をさらに高めることができる。さらにこの場合においては、未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を、３０〜５０重量％混合しているのが好ましく（請求項３）、これにより脆性成形体の嵩比重及び強度をより一層効果的に高めることができる。

前記脆性成形体は、含油率が１〜１２重量％であるのが好ましく（請求項４）、この場合には、適度の硬さに固形化されているとともに、少量の残留油分によって研削切粉の成分である純鉄が酸化するのを効果的に防止することができる。
前記鉄系金属としては、炭素を０．２重量％以上含むものであってもよく（請求項５）、このようなスプリングバックの大きい鉄系金属の研削切粉についても、前記圧縮成形により効果的にせん断して所望の強度に固形化することができる。

また、この発明のブリケットは、粉状の純鉄と油分とを含む乾燥したブリケットであって、前記請求項１から請求項５の何れかに記載の脆性成形体を、その内部に含浸させた固形化補助剤で強化してなることを特徴としている（請求項６）。
このような構成のブリケットは、前記脆性成形体を固形化補助剤でさらに強化しており、しかも素材である前記脆性成形体の嵩比重が１．５以上であるとともに、その表面側に強化層を形成しているので、より一層破損し難い強固なものとなる。また、前記脆性成形体の内部深くまで固形化補助剤を浸透させることができるので、当該内部の強度についても効果的に高めることができる。さらに、油分を含有しているので、粉状の純鉄が酸化するのを防止することができる。

前記固形化補助剤としては、コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、燐酸アルミニウム、アスファルト乳剤から選択される少なくとも１種であるのが好ましい（請求項７）。これにより、油分を含有しているにもかかわらず効果的に強化されたブリケットを得ることができる。
前記固形化補助剤は２〜３０重量％含むのが好ましく（請求項８）、これにより、さらに効果的に強化されたブリケットを得ることができる。

以上のように、請求項１記載の脆性成形体によれば、嵩比重を１．５以上とし、表面側に内部側よりも高密度且つ高硬度の強化層を形成しているので、所望の強度及び形状維持性を確保することができる。このため、運搬その他の取り扱いが容易である。また、多量の純鉄を含むので、例えば高品質の製鋼原料用ブリケットの材料や焼結金属の材料等として再利用が可能であり、環境保全に役立つとともに研削切粉の廃棄コストを削減することができる。しかも、内部深くまで固形化補助剤を容易に浸透させることができるので、当該内部についても容易に強化することができる。

請求項２記載の脆性成形体によれば、未焼入の鉄系金属の研削切粉によって、焼入した鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を容易に固形化することができるとともに、脆性成形体の嵩比重及び強度をさらに高めることができる。
請求項３記載の脆性成形体によれば、未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を、３０〜５０重量％混合しているので、脆性成形体の嵩比重及び強度をより一層効果的に高めることができる。
請求項４記載の脆性成形体によれば、含油率が１〜１２重量％であるので、適度の硬さに固形化されているとともに、少量の残留油分によって研削切粉の成分である純鉄が酸化するのを効果的に防止することができる。
請求項５記載の脆性成形体によれば、スプリングバックの大きい炭素を０．２重量％以上含む鉄系金属の研削切粉についても、圧縮成形により効果的にせん断して強固に固形化することができる。

請求項６記載のブリケットによれば、前記脆性成形体を固形化補助剤でさらに強化しているので、破損し難い強固なものとなり、運搬、貯蔵等の取り扱いが容易である。特に、前記脆性成形体の嵩比重が１．５以上であり、しかもその表面側に強化層を形成しているので、より一層破損し難い強固なものとなる。また、脆性成形体の内部深くまで固形化補助剤を浸透させることができるので、当該内部の強度についても効果的に高めることができる。さらに、乾燥した固形物であるので、例えば溶鉱炉に投入しても、突沸を生じたり舞い上がったりするおそれがない。しかも、油分を含有しているので、粉状の純鉄が酸化するのが防止される。したがって、特に鉄鋼原料用のブリケットとして好適に使用することができる。
請求項７記載のブリケットによれば、固形化補助剤がコロイダルシリカ、珪酸ソーダ、燐酸アルミニウム、アスファルト乳剤から選択される少なくとも１種であるので、油分を含有しているにもかかわらずより強固なものになる。このため、運搬、貯蔵等の取り扱いがさらに容易となる。
請求項８記載のブリケットによれば、前記固形化補助剤を２〜３０重量％含むので、より一層強固なものになる。

以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１はこの発明の一実施形態に係る脆性成形体Ｚを示す斜視図である。この脆性成形体Ｚは、焼入した鉄系金属を研削加工する際に発生する研削切粉と油分及び水分を含有する研削液とを含む綿状凝集体Ｃ（図４参照）を、円柱形に圧縮成形して固形化したものである。
前記脆性成形体Ｚは、嵩比重が１．５以上になるように圧縮成形されており、これにより、繊維状の研削切粉がせん断され、適度の油分と空隙とを有する多孔質の脆性体として構成されている。また、その含油率は１〜１２重量％に調整されている。
さらに、脆性成形体Ｚの表面側には、その内部側よりも高密度且つ高硬度の強化層Ｋが形成されている（図２参照）。この強化層Ｋは、例えば円柱形にて直径６０〜７０ｍｍ、高さ３０〜４０ｍｍの脆性成形体Ｚの場合、表面から０．３〜７．０ｍｍの深さに至る範囲に形成されており、そのデュロメータ硬さＡは、９０以上であって中心部付近のデュロメータ硬さＡに対して１０〜３０以上硬くなっており、嵩比重は中心部付近の嵩比重に対して０．５〜１以上高くなっている。

前記脆性成形体Ｚは、残留する油分によって研削切粉の成分である純鉄が酸化するのが防止されている。また、嵩比重が１．５以上であるとともに表面側に強化層Ｋを形成しているので、所望の強度及び形状維持性を確保できる。このため、搬送等の取り扱い時に崩壊し難いものとなる。さらに、前記脆性成形体Ｚの含油率が１〜１２重量％であるので、適度の硬さに固形化されているとともに、当該少量の残留油分によって研削切粉の成分である純鉄が酸化するのを効果的に防止している。

前記鉄系金属としては、炭素を０．２重量％以上含むものも用いることができる。このような鉄系金属の研削切粉は、スプリングバックが大きく、固形化が困難であるが、圧縮成形を適用することにより、スプリングバックの影響を排除して当該研削切粉を効果的にせん断することができる結果、その固形化が可能となる。なお、炭素を０．２重量％以上含む研削切粉の代表例としては、軸受鋼の研削切粉を挙げることができる。

前記脆性成形体Ｚは、固形化補助剤Ｄを含浸させて強化することにより、例えば鉄鋼原料用のブリケットＢ（図４(g)参照）として好適に用いられる。前記固形化補助剤Ｄとしては、コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、燐酸アルミニウム、アスファルト乳剤から選択される少なくとも１種を用いるのが好ましく、これにより、油分を含有しているにもかかわらずブリケットＢをより強固にすることができる。また、前記固形化補助剤Ｄの含有割合は、２〜３０重量％であるのが好ましく、これにより、ブリケットＢをより一層強固にすることができる。なお、前記固形化補助剤Ｄとしては、酢酸ビニル等も用いることができる。

前記ブリケットＢは、前記脆性成形体Ｚを固形化補助剤Ｄでさらに強化しているので、搬送、貯蔵等の取り扱い時においてより破損し難い強固なものとなる。特に、前記脆性成形体Ｚの嵩比重が１．５以上であるとともに、その表面側の強化層Ｋ部分が固形化補助剤Ｄによって効果的に固められるので、より一層破損し難い強固なものとなる。しかも、嵩比重が１．５以上の多孔質体であり、その内部深くまで固形化補助剤Ｄを支障なく浸透させることができるので、当該内部の強度についても効果的に高めることができる。このため、万一破損した場合でも、内部が粉状に飛散するおそれがない。また、乾燥した固形物であるので、例えば溶鉱炉に投入しても、突沸を生じたり舞い上がったりするおそれがない。さらに、油分を含有しているので、粉状の純鉄が酸化するのが防止される。したがって、製鋼原料用のブリケットＢとして特に好適なものとなる。

図３は比重がそれぞれ異なる脆性成形体及びブリケットについて、圧縮破壊試験を行った結果を示すグラフ図である。この圧縮破壊試験に用いた脆性成形体及びブリケットは、外径６．６ｃｍ、幅３．５ｃｍの円柱形のものであり、脆性成形体の嵩比重は１．３〜２．５、ブリケットの嵩比重は２．２から２．８の範囲である。また、前記脆性成形体は焼入した鉄系金属を研削して得られる綿状凝集体を用いて作製したものである。圧縮破壊試験は、外周の相対向する２箇所を径方向に加圧して、破壊したときの荷重を測定した。なお、負荷速度は１ｍｍ／分に設定した。
図３から明らかなように、嵩比重１．５未満の脆性成形体の圧縮破壊加重は１５０Ｎ以下であり非常に脆いのに対して、嵩比重１．５以上の脆性成形体の圧縮破壊加重は２４０Ｎ〜１６００Ｎの範囲であり、容易に破壊し難いことが確認された。また、ブリケットの破壊強度については、３１００〜４２００Ｎであり、良好な強度を確保できることが確認された。

なお、焼入した鉄系金属を研削した際に生じる綿状凝集体Ｃについては、その材質によって圧縮成形し難い場合があるが、この場合には、当該綿状凝集体Ｃに未焼入の鉄系金属を研削した際に生じる綿状凝集体Ｃを混合することにより、容易且つ強固に圧縮成形することができる。この未焼入の鉄系金属の綿状凝集体Ｃは、３０〜５０重量％混合するのが好ましく、これにより嵩比重が３．０〜４．５、破壊強度が２０００〜３０００Ｎのきわめて高密度且つ高強度の脆性成形体Ｚを得ることができる。また、この脆性成形体Ｚに固形化補助剤Ｄを含浸させることにより、破壊強度が３１００Ｎ以上のブリケットＢを得ることができる。

図４は前記脆性成形体Ｚ及びブリケットＢの製造方法の一例を示す工程図である。この脆性成形体Ｚの製造においては、まず研削切粉の綿状凝集体Ｃ（図４(a)参照）を加圧圧縮して、当該綿状凝集体Ｃに含まれる研削液の成分である水分及び油分の含有量を予備的に調整する。この綿状凝集体Ｃの加圧圧縮は、例えばベルトコンベア１にて搬送しながら一対のロール２間に挟み込むことにより行う（図４(b)参照）。但しこの水分及び油分の調整は、単なるエアー吹き付けやエアー圧縮により行う方法、或いはマグネット式のセパレータを用いる方法もある。この際、綿状凝集体Ｃは、含水率が５０重量％を超えない範囲に、含油率が５０重量％を超えない範囲にそれぞれ調整するのが好ましく、これにより、綿状凝集体Ｃの搬送、貯蔵等の取り扱いが容易となる。

次に、水分及び油分の含有量が調整された前記綿状凝集体Ｃを、成形型３を用いて例えば油圧プレスにより圧縮成形することにより脆性成形体Ｚを得る（図４(c)参照）。この際、脆性成形体Ｚの嵩比重が１．５以上になるように綿状凝集体Ｃを圧縮する。この圧縮成形によって、綿状凝集体Ｃに含まれるスパイラル繊維状の研削切粉がせん断されるとともに、表面側に強化層Ｋが形成される。また、含水率が２〜１２重量％に、含油率が１〜１２重量％にそれぞれなるように、綿状凝集体Ｃの圧縮速度、圧縮時の排水量及び廃油量等を制御する。この際、前工程において綿状凝集体Ｃの含水率が５０重量％、含油率が５０重量％をそれぞれ超えない範囲に予め調整されているので、前記脆性成形体Ｚの水分及び油分の含有割合を容易かつ適正に調整することができる。

次いで、前記脆性成形体Ｚに、液状の固形化補助剤Ｄを含浸させる。この固形化補助剤Ｄの含浸は、例えば脆性成形体Ｚをベルトコンベア７にて搬送しながら、タンク８に注入した前記固形化補助剤Ｄに浸漬させることにより行う（図４(d)参照）。
その後、前記固形化補助剤Ｄを含浸させた脆性成形体Ｚを（図４(e)参照）養生（乾燥）することにより（図４(f)参照）、ブリケットＢを得ることができる（図４(g)参照）。この養生により、脆性成形体Ｚの内部に浸透した余剰の固形化補助剤Ｄが表面側に移動して一部が蒸発するとともに、残りが密度の高い強化層Ｋ部分に残留して、当該強化層Ｋ部分が効果的に強化される。

以上により得られた脆性成形体Ｚは、研削液の油分の一部を加工中を含めて常に保持しているので、研削切粉の成分である純鉄の酸化が効果的に防止されている。また、研削液の油分の一部を常に保持した状態でブリケットＢを製造しているので、純鉄の酸化が効果的に防止されている。例えば軸受鋼（ＳＵＪ−２）の研削切粉を含む綿状凝集体Ｃを用いて製造されたブリケットＢについては、７０重量％以上の純鉄を含むことが確認されている。したがって、溶解歩留まりが７０％以上と非常に高く、高品質の製鋼原料として製鋼メーカに有償で提供することができる。
また、前記ブリケットＢの製造方法は、綿状凝集体Ｃを粉砕して微細化する工程を要することなく当該綿状凝集体Ｃを固形化することができるので、ブリケットＢを能率よく製造することができる。

なお、前記脆性成形体Ｚに固形化補助剤Ｄを含浸させる際に、固形化補助剤Ｄを水や溶剤等によって希釈してもよく、この場合には、固形化補助剤Ｄを脆性成形体Ｚの内部深くまでさらに容易且つ迅速に浸透させることができるとともに、珪酸ソーダのように珪素を含む固形化補助剤Ｄについては、その希釈化により珪素の量を少なくすることができるので、より一層不純物の少ないものとなり、製鋼原料としてより好適となる。

また、前記脆性成形体Ｚは、前記した円柱形の他、球形、角柱形等の取り扱いの容易な形状に形成される。
さらに、この発明の脆性成形体Ｚは、細かく粉砕することにより、前記製鋼原料用のブリケットＢ以外に、焼結金属用の粉末原料や、磁性材料用途としての樹脂等の添加材としても再利用することができる。

この発明の一実施形態に係る脆性成形体を示す斜視図である。 前記脆性成形体の断面図である。 脆性成形体の圧縮破壊強度を示すグラフ図である。 脆性成形体及びブリケットの製造方法を示す工程図である。

符号の説明

Ｂ ブリケット
Ｄ 固形化補助剤
Ｋ 強化層
Ｚ 脆性成形体

Claims (8)

1. 鉄系金属の研削切粉と油分及び水分を含有する研削液とを含む綿状凝集体を所定形状に圧縮成形し、これにより前記研削切粉をせん断して固形化してなる脆性成形体であって、
   嵩比重が１．５以上であり、
   その表面側に内部側よりも高密度且つ高硬度の強化層を形成していることを特徴とする脆性成形体。
2. 前記綿状凝集体が、焼入した鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体に、未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を混合したものである請求項１記載の脆性成形体。
3. 未焼入の鉄系金属の研削切粉を含む綿状凝集体を、３０〜５０重量％混合している請求項２記載の脆性成形体。
4. 含油率が１〜１２重量％である請求項１記載の脆性成形体。
5. 前記鉄系金属が、炭素を０．２重量％以上含む請求項１記載の脆性成形体。
6. 粉状の純鉄と油分とを含む乾燥したブリケットであって、
   請求項１から請求項５の何れかに記載の脆性成形体を、その内部に含浸させた固形化補助剤で強化してなることを特徴とするブリケット。
7. 前記固形化補助剤が、コロイダルシリカ、珪酸ソーダ、燐酸アルミニウム、アスファルト乳剤から選択される少なくとも１種である請求項６記載のブリケット。
8. 前記固形化補助剤を２〜３０重量％含む請求項６又は請求項７記載のブリケット。
   

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