JP2007119878A

JP2007119878A - 研磨ブリケットの製造方法および使用方法

Info

Publication number: JP2007119878A
Application number: JP2005316086A
Authority: JP
Inventors: Takao Uematsu; 孝夫植松
Original assignee: SHINOHARA SANGYO KK
Current assignee: SHINOHARA SANGYO KK
Priority date: 2005-10-31
Filing date: 2005-10-31
Publication date: 2007-05-17

Abstract

【課題】鉄材を研磨したときには研磨スラッジが大量に発生するが、これらの大部分は再資源化されずに埋め立て処分されていた。
【解決手段】鉄材の研磨により発生した研磨スラッジをプレス機により２５ｋｇ／ｍｍ²以上の圧力で加圧して比重が３．８ｇ／ｃｍ³以上の研磨ブリケットとする。
好ましくは、加圧して固形化する前に、研磨スラッジを自然放置して抜け出てきた切削液を除去したり、固形化した後に、無酸化雰囲気で加熱処理して切削液の水分及び油分の揮散を行う。このようにして製造したブリケットは、鉄源として銑鉄と共に溶解炉内で溶融して混合することで鋳鉄を製造できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄材の研磨により発生する研磨スラッジを素材とする研磨ブリケットの製造方法および使用方法に関するものである。

鉄材を研磨したときには研磨スラッジが大量に発生する。これらの研磨スラッジは主に鉄からなるので、これを鉄材の購入元である製鋼メーカーに回収してもらい、再資源化する途が模索されている。
しかしながら、研磨スラッジは切削液の水分および油分を含み、形状も微細なことから含鉄量が多いにかかわらず、取り扱いが難しい。
取り扱いの便宜のために、固形化、即ちブリケット化することが提案されているが、水分や油分を含む上に、研磨スラッジはパーマ状をしており、そのスプリングバックによりブリケットすることが困難である。

これを解決するために、研磨スラッジにダライ粉（切削加工処理により発生する切り粉）と混ぜてプレス機により加圧してブリケット化することが提案されている。この方法によれば、ブリケットにはできるものの、ブリケットを製鋼用の転炉に入れて加熱しても、大部分が溶解せずに不純物のノロになってしまう。
なお、ノロはアスファルトの路盤材として再利用することができるが、ダライ粉に研磨スラッジを混ぜた場合、ダライ粉のみを溶解した時に比べてノロの発生量が多くなりすぎ、研磨スラッジの混入は経済的に採算が合わない。
そのため、大部分の研磨スラッジは、産業廃棄物として業者に処分費用を支払って埋め立て処分してもらっているのが現状である。

それ故、本発明は、鉄材を研磨したときに発生する研磨スラッジを再資源化できる方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、鉄材を研磨したときに発生する研磨スラッジを特に鉄源として再資源化できる方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、鋭意研究の結果、プレス加工の際の加圧力を高めたり等の工夫を凝らしたりすることにより、ダライ粉を併用せずともブリケット化（固形化）できること、また、上記のようにして研磨スラッジをブリケット化したものを従来のスクラップの代わりに銑鉄と共に溶解炉において溶解して鋳物用の鋳鉄を製造するのに利用すれば、有用な鉄源となり、ノロを殆ど生成させずにＪＩＳ規格を満足する鋳鉄を製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。

請求項１の発明は、鉄材の研磨により発生した研磨スラッジをプレス機により２５ｋｇ／ｍｍ²以上の加圧力で固形化して比重が３．８ｇ／ｃｍ³以上の研磨ブリケットとすることを特徴とする研磨ブリケットの製造方法である。

請求項２の発明は、請求項１に記載した研磨ブリケットの製造方法において、鉄材の研磨により発生した研磨スラッジをプレス機により加圧して固形化する前に、研磨スラッジを自然放置して抜け出てきた切削液を除去しておくことを特徴とする製造方法である。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載した研磨ブリケットの製造方法において、研磨スラッジを加圧して固形化した後に、無酸化雰囲気で加熱処理して切削液の水分及び油分の揮散を行うことを特徴とする製造方法である。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した方法において製造された研磨ブリケットの使用方法において、研磨ブリケットを、鉄源として銑鉄と共に溶解炉内で溶融することで鋳物用の鋳鉄を製造することを特徴とする使用方法である。

請求項５の発明は、請求項４に記載した方法において、未だ固化状態の銑鉄の余熱により研磨ブリケットを溶融させることを特徴とする使用方法である。

本発明の研磨ブリケットの製造方法によれば、固形化し易く取り扱いが容易で、しかも溶解炉において溶解し易い研磨ブリケットを製造できる。
本発明の研磨ブリケットの使用方法によれば、研磨ブリケットを鉄源として経済的に採算の合う形で利用できる。

本発明の実施の形態を図面に従って説明する。
先ず、研磨ブリケットの製造方法について、図１のフローチャートに従って、説明する。
原材料である研磨スラッジを準備する。研磨スラッジは鋼材メーカーから購入した鉄材（一般的な言い方をすれば、鋼材）を研磨機により研磨加工した際に発生するスラッジのことであり、工作機械、産業機械、自動車等の精密部品を機械加工する工場において日常的に大量に発生している。
研磨加工では、研磨用の砥石粉が使用され、しかも研磨加工の際の発熱を防止するために切削液（水性、油性）も通常使用されているので、研磨スラッジは鉄粉とこれらの混合物からなっている。

水性の切削液を用いた場合には、研磨スラッジは切削液が４０重量％以上と大量の水分を含むことから、次の加圧工程の前に、研磨スラッジを脱水しておくのが好ましい。
具体的には、研磨スラッジを予めドレインの付いた容器に入れて自然に放置する。放置期間は１日程度を想定している。この自然放置により、研磨スラッジ中の切削液が抜け出して下に滴下するので除去される。実験により切削液が２５重量％以下になるように調整しておくのが好ましいことが確認されている。
なお、この段階で除去された切削液はドレインから回収されて再利用に供される。

上記予備処理を施した研磨スラッジをプレス機にかけて、２５ｋｇ／ｍｍ²以上の圧力で加圧する。この圧力で加圧することにより、ダライ粉を混ぜなくとも、研磨スラッジ単独で固形化されてブリケットとなる。
加圧力は市販されているプレス機で想定されている上限より低いので、市販のプレス機をそのまま使用できる。
また、製造されるブリケットの比重は、３．８ｇ／ｃｍ³以上とする。４．０〜４．４ｇ／ｃｍ³が好ましい。比重をこのように設定することで、溶解炉に装入したときに浮き上がったり、崩壊して細かい粉が飛散して舞い上がったりすることはなくなる。

研磨ブリケットの形状は、円柱状でも、角形でもよい。後述するように、重機用のウエイトとして使用する場合には角形が好ましいであろう。
なお、この加圧段階では切削液が絞り出されるが、この段階で絞り出された切削液も回収されて再利用に供される。

上記加圧工程で製造した研磨ブリケットを最終製品とすることもできる。
しかしながら、鋳鉄を製造するときに鉄源として使用する場合には、加熱処理をするのが好ましい。上記予備工程で水分が除去されているが、未だかなりの量を含んでおり溶解する際には、溶解した高温の銑鉄に接触させると水蒸気爆発の危険性があるからである。また、切削液として水性のものが利用されたとしても油分は必ず少量は含まれており、熱処理をしないと研磨ブリケットが溶解する段階でこれらの油分により炎と黒煙が発生するからである。
なお、研磨スラッジ中に含まれる鉄は粉状で微細であることから、油分や水分が除かれても元々酸化され易い。従って、上記加熱処理は無酸化雰囲気において行うのが好ましい。

水分及び油分の揮散用に加熱処理を行う場合には、それほど高くする必要はないが、例えば重機用のウエイトとして使用する場合には、取り扱いの便宜を考慮して１１００℃と言った高温に加熱してブリケットを硬化することも一案である。

次に、研磨ブリケットを使用した鋳鉄の製造方法について、図２のフローチャートに従って、説明する。
銑鉄（Ｓ）と研磨ブリケット（Ｂ）を溶解材料として高周波誘導加熱式の坩堝形溶解炉１に適当な重量比で装入する。
先ず、銑鉄（Ｓ）を炉頂から装入して加熱する。溶解は高周波誘導コイル３の巻かれた周辺部から進行する。そして、上層の銑鉄（Ｓ）の溶解が開始する前に、図２（１）、（２）に示すように、研磨ブリケット（Ｂ）を同じく炉頂から装入して、未だ固体状態の銑鉄（Ｓ）上に降ろす。

この状態では、研磨ブリケット（Ｂ）は未だ固体状態の銑鉄（Ｓ）から熱を受け取り、徐々に加熱されることになり、水分が幾分かは残っていても水蒸気爆発の危険性はなくなる。
図２（３）に示すように、銑鉄（Ｓ）と研磨ブリケット（Ｂ）からなる溶解材料が共に溶解した後に、更に必要に応じてカーボン（Ｃ）やシリコン（Ｓ）が添加されて成分が調整された後に規定温度まで昇温され、撹拌されて湯が均質化される。そしてノロ（Ｎ）が発生した場合にはそれが除去された後に、図２（４）に示すように、溶解炉（坩堝）１が傾けられて湯がこぼされる。

なお、予め加温処理を施さない研磨ブリケットを使用する場合には、上記したように固体状態の銑鉄で予熱されても水分が多いので水蒸気爆発の危険性が高い。従って、研磨ブリケットを銑鉄とは別個に溶解する必要があり、余分な設備費用等がかかる可能性がある。
いずれにしても、上記したようにして製造された鋳鉄は、ＪＩＳ規格の鋳物用の鋳鉄品として求められている引張り強度と硬度を有している。
なお、鋳鉄の種類は特に限定されず、ＦＣ２５０、ダクタイル等種々のものを製造できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の具体的構成が上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更があっても本発明に含まれる。
例えば、切削液が油性の場合にも自然放置することで、脱油と共に砥石粒が除去されるので、加圧して固形化する前に自然放置することが好ましい。

（研磨ブリケットの製造）
鉄材の研磨により発生し、水性の切削液を含む研磨スラッジを一日間自然放置して切削液を２５重量％以下になるように調整した。
次に、プレス機により２５ｋｇ／ｍｍ²以上の圧力で加圧して比重が４．０〜４．４ｇ／ｃｍ³で、直径７０ｍｍの円柱状の研磨ブリケットに固形化した。
最後に、一部を９００〜１１００℃に加熱して水分及び油分を揮散させ、残りは加熱せずにそのままにして保管しておいた。

（鋳物用の鋳鉄の製造）
２ヶ月経過後、上記で製造した研磨ブリケットを含む溶解材料を以下の割合で溶解炉（容量：３０ｋｇ）に装入して、しかる後に出湯口より連続的に出されて坩堝に蓄えられた後に凝固される。
なお、以下の表に示した成分比は出湯して凝固した後に分析した結果から割り出している。
研磨ブリケットの装入方法は、上記の実施の形態に記載したように、加熱品と非加熱品では異なる。
以下の表１に成分を、表２に溶解状態等を記載する。

非加熱品は大部分が加熱処理せず自然乾燥した研磨ブリケットを用いて製造した鋳造品であり、研磨ブリケットを銑鉄とは別個に加熱しているがこの場合でも溶解することが確認できた。
約１，３００℃で加熱品、非加熱品のいずれも全量溶解したが、その時点ではノロは殆ど発生していなかった。その後に、成分調整用にシリコンとカーボンを装入し、１，５００℃まで昇温したときに上記する量のノロが発生した。
ノロの発生量は予想よりかなり少なく、研磨ブリケットは鉄源として利用されたことが確認できた。
また、加熱品、非加熱品のいずれも、鋳物用の鋳鉄であるＪＩＳ規格ＦＣ２５０を満足する引張り強度と硬度を有していた。

鋳物メーカーは、原料として銑鉄と共に鉄スクラップを購入するが、従来は、鉄スクラップとして家電製品や飲料缶などのスクラップを購入している。本発明に係る研磨スクラップは産業廃棄物として埋め立て処分されていたものであるから、従来の鉄スクラップより安価に鋳鉄メーカーに提供でき、経済的に採算の合う形態で再資源化が図れる。

研磨ブリケットの製造方法のフローチャートである。研磨ブリケットを使用した鋳鉄の製造方法のフローチャートである。

符号の説明

１‥‥溶解炉３‥‥高周波誘導コイル
Ｓ‥‥銑鉄Ｂ‥‥ブリケットＳ‥‥シリコン
Ｃ‥‥カーボンＮ‥‥ノロ

Claims

鉄材の研磨により発生した研磨スラッジをプレス機により２５ｋｇ／ｍｍ²以上の加圧力で固形化して比重が３．８ｇ／ｃｍ³以上の研磨ブリケットとすることを特徴とする研磨ブリケットの製造方法。
請求項１に記載した研磨ブリケットの製造方法において、鉄材の研磨により発生した研磨スラッジをプレス機により加圧して固形化する前に、研磨スラッジを自然放置して抜け出てきた切削液を除去しておくことを特徴とする製造方法。
請求項１または２に記載した研磨ブリケットの製造方法において、研磨スラッジを加圧して固形化した後に、無酸化雰囲気で加熱処理して切削液の水分及び油分の揮散を行うことを特徴とする製造方法。
請求項１から３のいずれかに記載した方法において製造された研磨ブリケットの使用方法において、研磨ブリケットを、鉄源として銑鉄と共に溶解炉内で溶融することで鋳物用の鋳鉄を製造することを特徴とする使用方法。
請求項４に記載した方法において、未だ固化状態の銑鉄の余熱により研磨ブリケットを溶融させることを特徴とする使用方法。