JP6149936B2 - 再生合金材料の製造方法および再生アモルファス合金リボンの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、使用後のトランス等に含まれるアモルファス合金磁心から再生合金材料を製造する方法、および、得られた再生合金材料を用いて再生アモルファス合金リボンを製造する方法に関する。

アモルファス合金は、優れた磁気特性を有することから、電力配電用・変圧器用の磁心や電子・電気回路用の磁心の材料として利用されている。

アモルファス合金を磁心に用いた変圧器（トランス）は、「アモルファス変圧器」と呼ばれる。アモルファス変圧器では、無負荷時の電流の損失が、電磁鋼板を磁心に用いた変圧器と比較して約１／３に抑制される。このため、近年の省エネルギー化の要請に適合する変圧器として利用が進められている。

一般に、アモルファス変圧器の寿命は２０〜３０年程度である。したがって、約２０年前から普及が始まった北米や日本では、近年になって、アモルファス変圧器の廃棄、新規入れ替えが始まっている状況にある。

通常、アモルファス変圧器の寿命は、変圧器の磁心とコイルが浸漬されている絶縁油の劣化により決まる。劣化した絶縁油は廃棄せざるを得ないが、絶縁油以外の部品や材料はリサイクル原料となり得る。

そのため、アモルファス変圧器等に対する適切なリサイクル技術の確立が求められている。

この課題に対して、本出願人は、日経プレスリリース２０１３／０２／２８付け（非特許文献１）において、リサイクルプラントを稼動させてアモルファス磁心の破砕、磁選、洗浄、乾燥を行ない、従来は廃棄していた使用後の磁心からアモルファス合金の原料を生産することを表明している。

また、アモルファス変圧器のリサイクルに関する研究において、アモルファス合金の主原料であるフェロボロンにリサイクルするために、直接アモルファス磁心を電気炉に投入するという提案もなされている（非特許文献２）。

日経プレスリリース２０１３／０２／２８発表：「日立金属、アモルファス金属製コアのリサイクルプラントを４月から本格稼働」 中部電力技術開発ニュース２００３年７月（１０３号）１９頁−２０頁「アモルファス変圧器のリサイクルに関する研究」

上述の通り、アモルファス変圧器等に対する適切なリサイクル技術の確立は重要であり、最適な技術の確立が求められている。

本発明の目的は、アモルファス合金を含む磁心を用いて再生合金材料を製造する方法を提供し、また、得られた再生合金材料を用いて再生アモルファス合金リボンを製造する方法を提供することである。

本発明の実施形態による再生利用合金の製造方法は、アモルファス合金リボンを含む磁心を破砕する工程と、用意された有機溶剤と前記破砕する工程で得られた破砕片とを容器内に収容し、前記容器内で前記破砕片を前記有機溶剤に接触させる工程と、前記破砕片を前記有機溶剤に接触させた後、前記容器内から前記有機溶剤を選択的に排出する工程と、前記有機溶剤を排出した後、前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる工程とを包含し、前記有機溶剤を蒸発させた後に前記容器から取り出した前記破砕片が、再生合金用の材料として再利用される。

ある実施形態において、前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる工程は、前記有機溶剤を排出した後、前記容器内部を減圧し、前記容器外周部を加熱することによって、前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる。

ある実施形態において、前記有機溶剤に接触させる工程は、前記容器を運動させることによって生じた前記有機溶剤の流れのなかで、前記破砕片を前記有機溶剤に接触させる。

ある実施形態において、前記容器は密閉可能なドラム型容器であり、前記有機溶剤に接触させる工程は、前記ドラム型容器を軸回転させることによって前記有機溶剤と前記破砕片とを撹拌する工程を含む。

ある実施形態において、前記ドラム型容器は、前記ドラム型容器の内周面から容器内側に向かって突出するように配置されたフィンを備える。

ある実施形態において、前記破砕する工程の後に、磁気選別機を用いて前記粉砕片を磁気的に吸着分離する工程をさらに包含する。

ある実施形態において、前記破砕する工程は、２軸せん断式破砕機によって行われる。

ある実施形態において、前記有機溶剤は、４０℃以上１００℃以下の温度に加熱された状態で前記容器内に収容される。

本発明の実施形態による再生アモルファス合金リボンの製造方法は、上記のいずれかの製造方法によって得られた再生合金材料と他の原料合金とを溶解炉内に投入し大気中または非酸化性雰囲気下で溶解する工程と、前記溶解炉で溶解された再生合金および他の原料合金を含む溶湯を、回転する冷却ロール上に出湯することによって急冷凝固合金を得る工程とを包含する。

ある実施形態において、前記再生合金材料と前記他の原料合金との合計質量に対する再生合金材料の質量が１０％以下である。

また、ある実施形態において、再生アモルファス合金リボンの製造方法は、例えば、アモルファス合金リボンが積層された磁心を機械的に破砕し、合金リボン破砕片とする破砕工程と、前記破砕工程により破砕された合金リボン破砕片と有機溶剤とをドラム内部に投入し、封止した前記ドラムを水平回転させる洗浄工程と、前記有機溶剤をドラムから排出する有機溶剤排出工程と、前記ドラム内部を減圧し、加熱しながらドラムを水平回転させて残留有機溶剤を蒸発除去する蒸発工程とにより再生合金リボン片を得た後、前記再生合金リボン片を、溶解原料の一部として、大気または非酸化性雰囲気溶解炉に投入する溶解工程と、前記溶解工程により得られた合金溶湯を、冷却ロール上に吐出させて急冷凝固させて合金リボンを製造する工程とを包含していてもよい。

本発明の実施形態によれば、廃棄されるトランス等に含まれる磁心を回収して、リサイクル原料として再利用するにあたり、高い生産性を実現しながら、性状安定性が良好な再生アモルファス合金リボンを得ることができる。

本発明の実施形態に係る再生アモルファス合金リボンの製造工程のフローを示す図である。 本発明の実施形態による再生合金材料の製造方法において用いられる破砕機の一例を示す図であり、（ａ）は破砕機の全体構造を模式的に示す斜視図、（ｂ）は例示的なせん断刃を示す斜視図である。 本発明の実施形態による再生合金材料の製造方法で用いられる洗浄器の一例を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は内部を見せるように一部が切り取られた斜視図であり、（ｃ）は断面図である。 本発明の実施形態による再生アモルファス合金リボンの製造方法で用いられる製造装置を示す図である。 本発明の実施形態による再生合金材料の製造方法で用いられる洗浄機において、蒸留装置に接続された２つの溶剤タンクを切り替えて用いる形態を説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による再生合金の製造方法を詳細に説明する。図１に示すように、本発明の実施形態による再生合金の製造方法は、アモルファス合金リボンを含む磁心、たとえばアモルファス合金リボンが積層された磁心を用意する工程Ｓ１と、磁心を破砕する工程Ｓ２と、任意に行われる磁気選別工程Ｓ３と、破砕片に有機溶剤を接触させ破砕片を洗浄する工程Ｓ４と、洗浄に用いた有機溶剤を容器から選択的に排出する工程Ｓ５と、容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる工程Ｓ６と、得られた再生合金材料（洗浄後の破砕片）を溶解する工程Ｓ７と、得られた合金溶湯を用いて再生アモルファス合金リボンを製造する工程Ｓ８とを含んでいてよい。

以下では、図１に示したフローの順に、再生合金原料を用いたアモルファス合金リボンの製造方法の具体的な工程を説明する。本実施形態の方法によれば、使用後の磁心から得られた再生合金材料を、再生アモルファス合金用の溶解原料として直接溶解炉に投入することができる。

＜破砕工程＞
破砕工程は、リサイクル用に回収された、アモルファス合金リボンを含む磁心を、破砕機を用いて機械的に破砕する工程である。

破砕機としては、２軸せん断式破砕機を使用することができる。図２（ａ）および（ｂ）は、２軸せん断式破砕機の一例を模式的に示す斜視図である。図２（ａ）に示すように、本実施形態で利用可能な破砕機１０は、平行に配置された軸回転可能な２つの軸部材１２を有する。軸部材１２のそれぞれは、図２（ｂ）に示すようなせん断刃１４を複数備えている。なお、図２（ｂ）には、それぞれの軸部材１２が備えるせん断刃１４を１つだけ示しているが、実際には複数のせん断刃１４が、刃先の周方向の位置を変えてスタックされていてよい。また、各軸部材１２に設けられたせん断刃１４はせん断刃を有しない円盤状の部材を挟んで設けられており、一方の軸部材１２のせん断刃１４の間隙に、他方の軸部材１２のせん断刃１４が互い違いに配置されていてもよい。なお、図２（ａ）では、軸部材１２を円柱のように示しているが、実際には、例えば特開昭６３−１４７５６１号公報に記載のように、せん断刃１４の外周部が噛み合うように軸部材１２が設けられていてよい。

このような２軸せん断式破砕機１０を用いれば、磁心Ｃを構成するアモルファス合金リボンを、合金リボンの破砕片に効率良く破砕することができる。

せん断刃１４の直径は、例えば、５００〜８００ｍｍであり、厚さは例えば４０〜８０ｍｍである。このようなサイズのせん断刃１４を用いれば、破砕後の取扱いが困難な微細な破砕片が生成されにくい。

また、破砕機１０では、例えば、複数のせん断刃１４が２軸（軸部材１２）のそれぞれに１０枚から２０枚スタックされていて、２軸の刃列１６を形成している。ここでは、せん断刃１４を備える軸部材１２を、刃列１６と呼ぶことがある。また、２軸の刃列１６は交互に刃の周辺部分の一部（約５０ｍｍ）が重なる構造となっている。ただし、破砕機１０の構成は上記の構成に限られず、種々の態様の２軸せん断式破砕機を用いることができる。また、２軸せん断式破砕機だけでなく、１軸せん断式破砕機などの他の態様の破砕機も使用し得る。

以下、破砕機１０を用いた破砕動作について説明する。

２軸せん断式破砕機１０が備える２軸の刃列１６の間に、上方から磁心Ｃを１ヶずつ投入する。各刃列１６は、磁心Ｃを挟みこむように軸回転（正回転）する。２軸の刃列１６の回転方向は、互いに対して逆となる。ここでは、各刃列１６の互いに対面する部分が、上方から下方に向かって回転する回転方向を正回転と呼んでいる。

磁心Ｃは刃列１６の間に挟まれて一部が破砕される。破砕片となったものは、刃列１６の隙間から下方へと落下する。なお、軸回転する各刃列１６の動力源（モータ）に一定以上の負荷がかかったとき、刃列１６が逆回転を一定時間行うようにモータが制御されていてもよい。その後、再度正回転を行うことにより、破砕が進行する。このようにして、必要に応じて、正回転と逆回転とを繰り返しながら、磁心の全てが合金リボン破砕片となる。

トランスとして使用されていた磁心は、絶縁油に浸漬された状態であったものが多い。ここで、前記磁心の場合は、通常、数千枚ものアモルファス合金リボンが積層されて構成されているので、隣接する合金リボン間には、毛管現象により、絶縁油が残留している。

また、磁心の合金リボン端部の露出部分が脱落しないように、合金リボン端部の露出部分に、エポキシ樹脂が塗布されている場合がある。エポキシ樹脂を使用しない場合であっても、合金リボン端部が脱落したときに絶縁油中に遊離しないように、磁心が絶縁紙や絶縁布で覆われている場合がある。

２軸せん断式破砕機を用いれば、前述の残留する絶縁油や、エポキシ樹脂、絶縁紙、絶縁布が存在しても、破砕動作の障害になることなく、生産性高くアモルファス合金リボン破砕片に破砕することができる。

また、破砕される磁心に、銅製やアルミニウム製のコイルが巻回されている場合であっても、２軸せん断式破砕機を用いれば、コイルごとアモルファス合金リボンの破砕を適切に行うことができる。

＜磁気選別工程＞
破砕工程の後、磁気選別機を用いて、磁性を有する合金リボン粉砕片を選択的に磁気吸着させる。これによって、磁性体である合金リボン粉砕片と樹脂や銅などの非磁性物とを分離する。磁気選別工程は、後述する絶縁油洗浄工程の前に、必要に応じて行ってよい工程である。

破砕工程において、磁心とともに、巻回されていた銅製やアルミニウム製のコイルも破砕される場合、得られる破砕片に銅製やアルミニウム製の破砕片が含まれる。このような場合、特に本工程を実施することが有効であり、非磁性体である銅やアルミニウムの破砕片を除去することができる。

なお、破砕機に投入される磁心が、アモルファス合金リボン以外に、少量のエポキシ樹脂と絶縁油のみが含まれていることが明らかな場合は本工程を省略しても良い。

＜洗浄工程＞
有機溶剤と、破砕工程で得られた合金リボンの破砕片とを円筒状のドラム型容器中に投入し、主に合金リボン破砕片に付着している絶縁油を有機溶剤に溶解させる工程である。

図３（ａ）〜（ｃ）は、洗浄工程で用いられるドラム型洗浄器２０の一例を示す概略図である。図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、ドラム型洗浄器２０は、略円筒形の形状を有し、円筒の中心軸を回転軸２２として回転可能に支持されたドラム型容器２０Ａ（以下、ドラム２０Ａと呼ぶことがある）を備えている。ドラム２０Ａは、地面に対して円筒を横向きにした形で、その回転軸２２が地面に対して略水平になるように設置されている。

ドラム型洗浄器２０を用いて行う洗浄工程において、まず、円筒状のドラム２０Ａの内部に、合金リボン粉砕片を投入し、次に加熱した有機溶剤を投入してからドラム２０Ａを密閉する。その後、ドラム２０Ａを所定の時間にわたって回転軸２２の周りに回転させる。回転軸２２（およびドラム２０Ａの中心軸）は上記のように地面に対して水平に配置されていてもよいし、２０°以内の角度で傾斜していても良い。なお、ドラム２０Ａの回転は、図３（ａ）に示すように回転軸２２に接続された回転モータ３２を用いて行うことができる。

ドラム２０Ａを回転運動させることによって、ドラム２０Ａの内部で有機溶剤が流動する。また、有機溶剤とともに破砕片もドラム２０Ａ内を移動する。このように、有機溶剤に流れを生じさせながら、その流れのなかで破砕片を洗浄するので、高い洗浄効果が得られる。なお、回転運動に限らず、容器（ここではドラム２０Ａ）を揺動させたり、角度や方向を変えて繰り返し容器を傾斜させたり、あるいは、容器をドラム回転軸方向にピストン運動させたりすることなどによっても、容器内の有機溶剤に十分な流れを生じさせることができる。また、容器の運動の形態に応じて、ドラム型に限らず種々の形状の容器が用いられてよい。

ドラム２０Ａの形状（容量）は、処理量に応じて設計すれば良い。例えば、合金リボン破砕片１０００〜２０００ｋｇを処理できるように、ドラム２０Ａの内径が１５００〜２０００ｍｍ、回転軸方向の内部の長さが２５００〜３５００ｍｍに設定される。ドラム２０Ａ内に投入する有機溶剤の量としては、合金リボン破砕片１０００ｋｇに対して、５００〜１０００ｋｇとすることで、効率的に洗浄できる。ドラム２０Ａの材質としては、一般構造用炭素鋼であるＳＳ４００やステンレス等を使用できる。

破砕片に付着している絶縁油を効果的に有機溶剤に溶解するために、ドラム２０Ａを、例えば毎分１〜３回転の回転数で３０分〜６０分の間、一方向に回転させる。ただし、ドラム２０Ａを、所定時間ごとに反対方向に回転させてもよい。なお、ドラム２０Ａの回転によって合金リボン破砕片および有機溶剤はドラム内を移動するが、この過程で破砕片はさらに細かく破砕され得る。特に、後述するフィンのような突出構造をドラム２０Ａ内に設ける場合、ドラム回転中における破砕が促進される。

ドラム２０Ａの回転数が毎分１回未満であると、合金リボン破砕片と有機溶剤との撹拌が不十分となり、十分な洗浄効果が得られないおそれがある。一方、毎分３回を超える回転数では、合金リボン破砕片のドラム２０Ａ内の移動が不十分となり、同様に洗浄不足となるおそれがある。

また、処理時間３０分未満では、残留絶縁油を有機溶剤に十分に溶解させることができないおそれがある。一方、処理時間が６０分を超えると、上記のようにドラム回転中に生じる合金リボン破砕片の破砕が進み過ぎて、２０ｍｍ未満の微細な合金リボン破砕片が増加するおそれがある。特に、ドラム２０Ａ内に突出構造が設けられている場合には、微細な合金リボン破砕片が生成されやすい。このような微細な合金リボン破砕片は、ドラム２０Ａからの取り出しが困難である。

図３に示すように、洗浄器２０では、合金リボン破砕片の投入及び取り出しのための投入／取り出し口２４が、ドラム２０Ａの外周の一部に設けられている。投入／取り出し口２４は、例えば、軸方向に１０００〜１３００ｍｍ、周方向に３００〜４００ｍｍの大きさで設けると良い。投入／取り出し口２４は、蓋２４Ａによりドラム２０Ａを密閉封止できるように構成されていることが好ましい。

また、洗浄後の有機溶剤の排出口２６として、回転軸２２を挟んで投入／取り出し口２４の反対側の位置に、パンチングメタルと金属メッシュからなる溶剤排出口２６が設けられていると好ましい。溶剤排出口２６は、バルブによる開閉ができるものである。パンチングメタルの穴径（直径）は、合金リボン破砕片が概ね通過できない５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が好ましい。また、金属メッシュは、細かすぎる合金リボン破砕片による目詰まりが発生しにくいように、２０メッシュ以上４０メッシュ以下が好ましい。

なお、ドラム２０Ａからの有機溶剤の排出をより容易に行うために、ドラム内部に圧縮空気を導入する吐出口２８を備えていると好ましい。

ドラム２０Ａ内に投入する有機溶剤は、除去すべき絶縁油を溶解できるものであれば任意のものであって良い。例えば、安価で入手しやすく、毒性も低いナフテン系有機溶剤を使用することができる。

絶縁油の溶解を促進させるために、ドラム２０Ａに投入する直前に、有機溶剤を加熱しておいてもよい。加熱する温度としては４０〜１００℃が好ましい。４０℃未満では絶縁油の溶解が不十分になる恐れがある。１００℃を超えると有機溶剤の蒸気圧が高くなり、作業時の有機溶剤の臭気の点で好ましくない。さらには、火気への対策費用が増大する。より好ましくは、５０〜７０℃の温度に加熱される。

図３（ａ）に示すように、有機溶剤は、例えば、ドラム２０Ａの回転軸に沿って設けられた連通孔（配管）を介して、外部に配置された溶剤タンク３８からドラム２０Ａの内部に供給される。また、有機溶剤の加熱は、溶剤タンク３８において行われてもよいし、溶剤タンク３８から上記の連通孔までの配管において行われてもよい。

本実施形態のドラム型洗浄器２０は、図３（ｂ）に示すように、ドラム２０Ａの内周面から内側に突出するフィン２０Ｂを備えている。フィン２０Ｂが設けられていることによって、ドラム回転時に、破砕が不十分で比較的大きい合金リボン破砕片に折り曲げ応力がかかる。これにより、より小さな合金リボン破砕片に破砕することができ、さらには、合金リボン破砕片の大きさのばらつきも小さくなる。

このように、ドラム２０Ａを回転させて行う洗浄工程では、洗浄のみではなく、合金リボン破砕片の破砕をより促進することができる。これにより、投入された合金リボン破砕片を、所定の大きさ以下に破砕することができる。したがって、後工程でのドラムからの合金リボン破砕片の取り出しを、より容易に行うことができる。

フィン２０Ｂは、例えば、ドラム内周面に突き出た長方形の金属製板である。回転中心軸２２から見て、同じ角度で複数枚のフィン２０Ｂが設けられていてもよい。金属製板（フィン２０Ｂ）の長辺長さは、回転軸方向におけるドラム内部の寸法と同じ長さであることが好ましく、金属製板の短辺の長さは、ドラム内周半径の２０〜５０％の長さであることが好ましい。金属製板の厚さは、耐久性の点で１０〜１５ｍｍが好ましい。金属製板の材質は一般構造用炭素鋼であるＳＳ４００やステンレス等であってよい。

フィン２０Ｂの機械的強度を維持するために、ドラム内部の２端面に接続されるフィン２０Ｂの２短辺を、それぞれドラムの２端面に対して、溶接やボルト留めにより固定することが好ましい。

フィン２０Ｂの枚数は、洗浄や破砕の程度により、４枚〜８枚のいずれかの枚数を選択できるが、洗浄・破砕の効率とメンテナンスの点で、角度６０度毎に６枚設けるのが好ましい。また、フィン２０Ｂは、典型的にはドラムの半径方向に沿って（すなわち中心軸に向かって）突出しているが、これに限られず、半径方向に対して０°〜４０°の角度を為す方向に突出していてもよい。

また、フィン２０Ｂは、軸方向に沿ってドラム端面部からドラム中央部まで伸びる形状を有していてもよい。この場合、ドラムの一方の端面部から中央部に延びる６枚のフィンを角度６０°ごとに設けるとともに、ドラムの他方の端面部から中央部に延びるフィンを角度６０°ごと、かつ、上記の一方の端面部から中央部に延びる６枚のフィンに対して３０°ずれた角度で配置（すなわち互い違いに配置）させてもよい。

洗浄後の合金リボン破砕片の大きさは、ドラム２０Ａからの取り出しの容易さを考慮すると、最大５０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは、最大４０ｍｍ以下である。

合金リボン破砕片の大きさを最大５０ｍｍ以下にするためには、フィン２０Ｂの突出長さ（長方形の短辺長さ）を、ドラム内周半径の３０〜３５％にすると良い。最大４０ｍｍ以下にするためには、フィン２０Ｂの突出長さを、ドラム内周半径の２８〜３２％にすると良い。

また、フィン２０Ｂの形状は、上記に説明した長方形に限定されず、種々の形状であってよい。長方形の突き出た長辺が、直線ではなく、波状や、ジグザグ形状に形成されていても良い。

＜有機溶剤排出工程＞
洗浄工程後に、有機溶剤をドラム内部から排出する工程である。

この工程は、上記の絶縁油洗浄工程において溶け込んだ油分を含む有機溶剤を、ドラム２０Ａから排出することで、不純物としての油分を低減するものである。

なお、絶縁油洗浄工程と溶剤排出工程とを繰り返して行なえば、ドラム２０Ａ内に在留する絶縁油分をより一層低減することができる。ただし、洗浄工程と排出工程とを繰り返して行なうと処理工数が増加するため、生産性を高めるためには一回づつの工程とすることが望ましい。

ドラム２０Ａを軸回転させて、溶剤排出口２６が最下部に位置するようにドラム２０Ａの姿勢を制御してからバルブを開くことによって、溶剤をドラム２０Ａの外に排出することができる。また、その直後に、圧縮空気を吐出口２８からドラム内部に導入すれば、ドラム内部の溶剤をより効果的に排出することができる。ドラム内部に導入する圧縮空気の圧力としては、０．１５〜０．２５ＭＰａ（ゲージ圧）が好ましい。また、圧縮空気の代わりに、圧縮窒素ガスを用いることで、火気に対してより安全性を高めることができる。

また、大部分の有機溶剤を排出した後、圧縮空気の導入を止めるとともに、溶剤排出口２６に設けられたバルブを閉じて６時間〜１８時間程度放置してから、再度、有機溶剤排出口２６のバルブを開いて有機溶剤を排出してもよい。このときにも、吐出口２８から圧縮空気を導入することで、有機溶剤の排出除去をより進めることができる。

なお、溶剤排出口２６から排出された有機溶剤は、図３（ａ）に示すように、例えば自重によって、溶剤タンク３８へと回収されてもよい。また、溶剤排出口２６から回収した有機溶剤を再利用するために、溶剤タンク３８には、蒸留装置３６が接続されていてもよい。

また、図５に示すように、２つの溶剤タンク３８Ａ、３８Ｂおよびこれらに共通に接続する蒸留装置３６を準備し、洗浄工程ごとに、２つのタンク３８Ａ、３８Ｂを交互に使用してもよい。より具体的に説明すると、ある洗浄工程後に一方のタンク３８Ａに使用済みの有機溶剤を回収する場合において、次の洗浄工程のために他方のタンク３８Ｂから清浄な有機溶剤をドラム２０Ａへと供給する。その後、他方のタンク３８Ｂから供給された有機溶剤を用いて次の洗浄工程を行っている間、一方のタンク３８Ａに回収された有機溶剤を蒸留装置３６によって浄化する。この洗浄工程が終わった時には、他方のタンク３８Ｂにて使用済みの有機溶剤を回収し、一方のタンク３８Ａに溜められた浄化済みの有機溶剤を、次の洗浄工程のためにドラム２０Ａへと供給する。また、この洗浄工程中に、他方のタンク３８Ｂに回収された有機溶剤は蒸留装置３６によって浄化する。このように、２つのタンク３８Ａ、３８Ｂを用いて、洗浄工程ごとに、タンク３８Ａ、３８Ｂから浄化された有機溶剤を交互にドラム２０Ａへと供給することにより、蒸留装置３６による長時間の清浄化を待つことなく、洗浄工程を続けて行うことができる。

なお、溶剤排出口２６から排出される使用済み有機溶剤に加えて、後述する真空ポンプ３４からの使用済み有機溶剤が溶剤タンク３８、３８Ａ、３８Ｂに回収されてもよい。

＜残留有機溶剤蒸発工程＞
ドラム内部を減圧し、ドラムを外周部から加熱して、ドラム内に残留する有機溶剤を蒸発除去する工程である。

有機溶剤を排出し、排出口のバルブを閉じた後、ドラム内部を減圧しながら、ドラム外周部に設けられた加熱装置を用いてドラムを外周部から加熱する。

ドラム内を減圧するために、ドラム２０Ａには、図３（ａ）に示す真空ポンプ３４が接続されている。また、減圧時に、ドラム内で気化した有機溶剤は真空ポンプ３４によって吸引される。真空ポンプ３４が吸引した有機溶剤は、溶剤タンク３８に戻される。この有機溶剤も、蒸留装置3６で浄化することによって再利用することができる。

また、ドラム２０Ａを外側から加熱する加熱装置としては、例えば、図３（ａ）に示すようなスチームジャケット２５を用いてもよい。スチームジャケット２５はドラム２０Ａの外周面に接するように設けられている。スチームジャケット２５には、図示しない配管を介して高温のスチームが導入され、これにより、ドラム２０Ａを外側から加熱することができる。

本乾燥工程において、ドラムを軸回転させることで蒸発・乾燥効率を高めることができる。回転動作中、ドラム内部のフィン２０Ｂがリボン破砕片と接触し、これがリボン破砕片を撹拌、分散するので、蒸発および乾燥が行われやすくなる。回転数としては、毎分１〜２回転が好ましい。また、乾燥時間は、３〜１０時間で、ほとんどの溶剤を蒸発除去させることができる。

加熱の熱源としてスチーム（水蒸気）を用いることで、残留する有機溶剤（または気化した溶剤）がドラム２０Ａの外に漏れ出た場合でも、爆発や火災が起こる危険性が無く、安全である。蒸発能力を高めるためには、スチームの温度を１４０〜１６０℃に設定することが好ましい。また、スチームは冷えて水滴となるが、加熱装置は、蓄積される水滴が一定量を超えるとドレインより排出できる機構を有していてもよい。

なお、蒸発した有機溶剤は、上記のように真空ポンプ３４によって回収され、図示しない液化装置によってトラップされる。また、トラップされた有機溶剤量を計量することによって、蒸発乾燥した量を見積もることができる。また、トラップされた有機溶剤は溶剤タンク３８に戻され、再利用することができる。

以上のように残留有機溶剤を蒸発させて除去することにより、乾燥した再生合金リボン片が得られ、ドラムからこれを回収することができる。

なお、常圧で加熱蒸発する方法も考えられるが、ガス化した有機溶剤に対する火災、爆発の予防手段等を必要とする場合があるので、安全上、減圧して加熱蒸発を行うことが好ましい。

＜再生合金リボン片溶解工程＞
ドラム型洗浄器２０から取り出した再生合金リボン片を、溶解原料の一部として大気または非酸化性雰囲気に載置された溶解炉に投入する工程である。

再生合金リボン片と同一の組成を有する合金溶湯に投入する場合、合金溶湯の成分調整は特に必要としない場合が多い。上記方法によって得られた再生合金リボン片は、合金溶湯を得るための材料としてそのまま用いることが可能である。

しかしながら、乾燥工程で得られた再生合金リボン片においては、溶剤は概ね乾燥除去されるが、溶剤排出工程で残留した溶剤に溶け込んでいる絶縁油分は、完全には除去されず、蒸発残渣分として残留することがある。また、残留するエポキシ樹脂なども幾分含まれていることがある。

このように、油分や樹脂成分が合金リボン片に残留して付着していると、再生合金リボン片を溶解原料の一部として使用したときに、合金溶湯中の炭素量が増加する。本発明者の検討によれば、合金溶湯全体質量に対して、使用する再生合金リボン片が質量で１０％以下であれば、特に組成の調整を必要としないことが多いことがわかった。より好ましくは、質量の６％以下である。再生合金リボン片使用による十分なコストメリットを出すためには質量の３％以上が好ましい。

ただし、再生合金リボン片（再生合金材料）を原料として製造される再生合金リボンに含まれる炭素量が比較的多くてもよい場合もある。このような場合には、合金溶湯全体質量に対して１０％を超える質量比となる再生合金リボン片を用いてもよい。例えば、上記の洗浄工程と溶剤排出工程とを繰り返して行い、破砕されたリボン片に付着していた油分がほとんど除去されているような場合には、再生合金リボン片のみを原料として用いてアモルファス合金リボンを製造してもよい。

なお、溶湯中に過剰な炭素が含まれる場合、炭素のみを選択的に低減させることは困難である場合が多い。その理由は、以下の通りである。アモルファス合金の組成系は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ系が一般的である。従って、その溶湯中の炭素を、空気導入（空気バブリング等）によって酸化除去しようとしても、ＳｉやＢが先に酸化する傾向がある。よって、炭素量を低減することは困難となる場合が多い。

＜合金リボン製造工程＞
本工程は、溶解工程により得られた溶湯を冷却ロール上に出湯してリボン状に急冷凝固することによって、アモルファス合金リボンを得る工程である。

図４は、本実施形態における、アモルファス合金リボンを製造するための合金製造装置４０を示す。合金製造装置４０は、溶解炉４２において溶解された原料合金（上記の再生合金リボン片を含む）である溶湯４０Ａを、溶湯溜め４４の下部に設けられたノズルを介して回転中の冷却ロール４６に接触させるように構成されている。なお、溶湯溜め４４における溶湯の温度を保持するための加熱装置（誘導コイル）４５が設けられていてもよい。

アモルファス合金の製造には、上記の合金製造装置４０を用いて回転冷却ロール４６の周面に出湯してリボンを得る単ロール法が適用される。冷却ロール４６の材料としては、熱伝導率の良い銅を主成分とする銅合金を用いるのが好ましい。合金製造装置４０において、冷却ロール４６の表面で急冷凝固された溶湯は、ガイド４８を通してアモルファス合金リボン４０Ｂとして巻き取ることができる。以上の工程により、再生合金リボン片を用いたアモルファス合金リボンを製造することができる。

トランスを解体し、質量５０ｋｇのアモルファス積層磁心を４０ヶ、合計２０００ｋｇを２軸せん断式破砕機に順次投入した。磁心を１ヶ当り約３分で破砕した。破砕機の２つ軸部材にはそれぞれにせん断刃が１０枚ずつスタックされており、各せん断刃の直径は７００ｍｍ、厚さは５０ｍｍであった。

このようにして破砕を行うことにより、同質量の合金リボン破砕片が得られた。得られた合金リボン破砕片には、最大長さ約５０ｍｍの不定形のものから、最大長さ約１５０ｍｍ以上の不定形のものまで、様々な大きさの破砕片が含まれていた。

次に、磁気選別装置を用いて、合金リボン破砕片からエポキシ樹脂破砕粉などを除去した。

その後、合金リボン破砕片２０００ｋｇを、内部寸法が直径１７００ｍｍ、回転軸方向長さ２５００ｍｍの水平回転するドラム（材質ＳＳ４００製）内に、投入／取り出し口（回転軸方向長さ１３００ｍｍ×周方向長さ３５０ｍｍ）から投入した。さらに、６０℃に加熱したＪＸ日鉱日石エネルギー株式会社製「ナフテゾールグレード１６０」をドラム内に２０００ｋｇ投入した。その後、気密性がある蓋でドラムを封止した。

なお、ドラムの内周面には、回転中心軸から見て角度６０度毎に合計６枚のフィンが設けられている。各フィンは、回転軸に向かって突出しており、突出長さ３００ｍｍ、厚さ１３ｍｍのＳＳ４００製の板部材から構成されている。

ドラムを、回転数毎分１．５回転で５０分運転し、主に破砕片に付着した絶縁油の洗浄を行った。

その後、ドラムの有機溶剤排出口を最下部に回転させた状態で、有機溶剤排出口のバルブを開いた。直後に、ドラム内部に、圧縮空気吐出口から、圧力０．２ＭＰａで圧縮空気を導入し、有機溶剤を排出した。なお、有機溶剤排出口には、穴径（直径）８ｍｍのパンチングメタルと３０メッシュの金属メッシュが設けられており、有機溶剤のみが排出され、合金リボン破砕粉は、ほとんど排出されなかったことを確認できた。

次に、溶剤排出口のバルブを閉じて、ドラム外周部を囲んでいるスチーム加熱装置を用いてドラムを加熱しながらドラム内部を減圧した。

スチームの温度は約１５０℃であった。スチームが冷却されることにより生じた水滴は、適時ドレインより排出した。

乾燥は、回転数毎分１．５回転でドラムを回転させながら６時間行い、ほとんどの溶剤を蒸発除去した。蒸発した有機溶剤は、冷却装置によりトラップした。トラップされた有機溶剤量を計量することで、蒸発乾燥した量を見積もった。

その後、スチームによる加熱を停止し、ドラム内部が大気圧になるように空気を導入した。次に、ドラムの投入／取り出し口が最上部になるように回転させて、蓋を開けた後、投入／取り出し口が最下部になるように回転させて、合金リボン破砕片を、金属製バケットに取り出した。得られた再生合金リボン片の最大大きさを評価したところ、２０ｍｍから５０ｍｍのものが、質量比で約９５％を占めていた。

次に、上記のようにして得られた再生合金リボン片を用いてアモルファス合金リボンを製造した。このために、まず、合金溶湯の容量（質量）が１０００ｋｇである、大気中に置かれた誘導炉に溶湯原料を投入した。溶湯原料として、下記の１）〜４）の４種類の原料を、合計質量が１０００ｋｇで、かつ、組成が、原子％で、Ｓｉ：８．９％、Ｂ：１１．２％、残部Ｆｅ及び不可避不純物になるように投入した。なお、合金再生リボン片の組成は上記の組成と同一であった。
１）再生合金リボン片：５０ｋｇ
２）フェロボロン
３）フェロシリコン
４）純鉄

本実施例において、原料全体の質量に占める再生合金リボン片の質量の割合は（５０／１０００＝）５％であった。

溶解後、回転する銅合金製の冷却ロールに対して、セラミックス製のノズルから溶湯を吐出させて、幅１４０ｍｍ、厚さ２５μｍのアモルファス合金リボンを製造した。

製造した合金リボンの炭素含有量を、燃焼―赤外線吸収法により測定したところ、０．３原子％であった。この値は、上記の１）に示す再生合金リボン片を使用せずに、２）〜４）を原料として製造したアモルファス合金リボンの値と同等であった。

また、上記の１）〜４）を原料とした合金リボンと、２）〜４）を原料とした合金リボンとで、リボン性状、磁気特性を比較評価したが、有意差は認められず、性状安定性に優れることを確認できた。

本発明の実施形態によれば、トランスなどにおいて使用された磁心から再生合金用の材料を得ることができ、また、この材料を用いて再生アモルファス合金リボンを作製することができる。

１０ 破砕機
２０ ドラム型洗浄器
４０ 合金製造装置

Claims (9)

1. アモルファス合金リボンを含む磁心を破砕する工程と、
   用意された有機溶剤と、前記破砕する工程で得られた破砕片とを、円筒の形状を有し、前記円筒の中心軸を回転軸として回転可能に支持された密閉可能な容器内に収容し、前記容器内で前記破砕片を前記有機溶剤に接触させ、破砕片を洗浄する工程と、
   前記破砕片を前記有機溶剤に接触、洗浄させた後、前記容器内から前記有機溶剤を選択的に排出する工程と、
   前記有機溶剤を排出した後、前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる工程と
   を包含し、前記有機溶剤を蒸発させた後に前記容器から取り出した前記破砕片が、再生合金用の材料として再利用される、再生合金材料の製造方法であって、
   前記容器は、前記円筒の内周面から内側に突出する複数のフィンを有し、
   前記フィンの突出長さは、前記円筒の内周半径の２０〜５０％の長さであり、
   前記洗浄する工程において、前記容器を毎分１〜３回転の回転数で回転させる、再生合金材料の製造方法。
2. 前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる工程は、前記有機溶剤を排出した後、前記容器内を減圧し、前記容器の外周部を加熱することによって、前記容器内に残留する有機溶剤を蒸発させる、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記容器の外周部の加熱をスチームによって行う請求項２に記載の製造方法。
4. 前記有機溶剤に接触させる工程は、前記容器を運動させることによって生じた前記有機溶剤の流れのなかで、前記破砕片を前記有機溶剤に接触させる、請求項１から３のいずれかに記載の製造方法。
5. 前記破砕する工程の後に、磁気選別機を用いて前記破砕片を磁気的に吸着分離する工程をさらに包含する、請求項１から４のいずれかに記載の製造方法。
6. 前記破砕する工程は、２軸せん断式破砕機によって行われる、請求項１から５のいずれかに記載の製造方法。
7. 前記有機溶剤は、４０℃以上１００℃以下の温度に加熱された状態で前記容器内に収容される、請求項１から６のいずれかに記載の製造方法。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の製造方法によって再生合金材料を得る工程と、
   前記再生合金材料と他の原料合金とを溶解炉内に投入し大気中または非酸化性雰囲気下で溶解する工程と、
   前記溶解炉で溶解された再生合金および他の原料合金を含む溶湯を、回転する冷却ロール上に出湯することによって急冷凝固合金を得る工程と
   を包含する、再生アモルファス合金リボンの製造方法。
9. 前記再生合金材料と前記他の原料合金との合計質量に対する再生合金材料の質量が１０％以下である、請求項８に記載の製造方法。

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