JPH0681012A - 球状金属微粒子の高速製造方法 - Google Patents
球状金属微粒子の高速製造方法Info
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Abstract
属酸化物の粒子から直接に且つ高速に金属微粒子を製造
し、省エネルギーを達成して金属微粒子製造の為のコス
ト削減が可能な製造方法を提供する。 【構成】 ガス状および/または固体状還元剤によって
還元性雰囲気を形成した気流中に、鉱石または金属酸化
物の粒子を随伴させ、該粒子を前記気流中にて予熱・還
元および溶融還元しつつ球状化せしめ、引き続き冷却し
て球状の金属微粒子となす。
Description
化物の粒子から球状の金属微粒子を直接に且つ高速に製
造する方法に関するものである。尚本発明における鉱石
または金属酸化物における金属は、還元性雰囲気によっ
て還元され得るものであり、Feを始めとして、Mn,
Cr,Ni,Si,Cu等が挙げられるが、以下では鉄
鉱石から鉄の微粒子を製造する場合を主体にして説明を
進める。
料鉄鉱石から、製鉄操業によって、固体状の鉄を一旦製
造した後、これを更に加熱溶融し、溶融金属の状態でガ
スアトマイズ法や水アトマイズ法によって微粒子とする
のが一般的である(例えば特開昭48−257号,同4
9−10859号等)。
な技術では、製鉄操業によって鉄鉱石を溶融還元して固
体状の鉄を一旦製造した後、これを再度加熱溶融して溶
融金属とし、アトマイズ法等の微粒子製造工程を経る必
要がある。即ち、2度に亘る加熱工程が必要となって、
多くのエネルギーを必要とし、不経済である。
になされたものであって、その目的は、プロセスの簡略
化を図りつつ、鉱石または金属酸化物の粒子から直接に
且つ高速に金属微粒子を製造し、省エネルギーを達成し
て金属微粒子製造の為のコスト削減が可能な製造方法を
提供することにある。
発明方法とは、ガス状および/または固体状還元剤によ
って還元性雰囲気を形成した気流中に、鉱石または金属
酸化物の粒子を随伴させ、該粒子を前記気流中にて予熱
・還元および溶融還元しつつ球状化せしめ、引き続き冷
却して球状の金属微粒子となす点に要旨を有するもので
ある。
元性雰囲気の気流中で浮遊状態にある鉄鉱石粒子は、ま
ずその表面のあちこちでFe2O3 からFe1-xOへの還元が進
みつつ溶融状態になり、引き続きFe1-XOから金属鉄まで
還元された表面上の溶融鉄は中心部に次々と凝集し、中
心部が溶融鉄で構成されその表面が酸化鉄で覆われた状
態になることが分った。
考察できた。図1は粒子の表面部分で還元されて生成し
た溶融鉄が中心部へ移行して酸化鉄に被覆された状態を
形成するに至るまでを段階的に示した模式図であり、図
1(a) は溶融鉄が溶融酸化鉄(スラグ)表面に存在する
状態(段階1)、図1(b) は溶融鉄が溶融酸化鉄中に埋
没浸入していく状態(段階2)、図1(c) は溶融鉄が酸
化鉄中に取り込まれた状態(段階3)を夫々示す。段階
1から段階3に至るまでのエネルギー状態(エネルギー
の差ΔF)を、溶融鉄の表面張力(γM )、酸化鉄の表
面張力(γS)、および溶融鉄−酸化鉄間の界面張力(γ
M-S )の関係で示すと、下記(1) 式の様になる。
0 ダイン/cm,γM ≒1200ダイン/cmであることが分か
っているので、エネルギーの差ΔFは明らかに負の値と
なる。従って、溶融鉄粒子が溶融酸化鉄に覆われた段階
3の状態が最も安定であることが分かる。また段階3で
は、酸化鉄内に取り込まれた溶融鉄は集合して球状化し
更に安定な状態となる。尚段階2は溶融鉄表面への溶融
酸化鉄の流動と見ることもでき、これは表面張力による
移動(いわゆるマランゴニ効果)であり、移動速度は非
常に大きい。以上のことから、溶融した鉄鉱石は還元反
応が進行しても表面が常に酸化鉄に覆われた状態であ
り、還元剤の接触によって、還元反応の急速な進行が期
待される。
たものであるが、本発明においては、気流の領域温度を
適切に調整することにより反応状況で区別できる以下の
3つの領域を形成する。即ち、(a) 鉄予熱・還元領域、
(b) 溶融還元領域および(c)冷却領域である。
属酸化物)粒子は予熱されると共に、周囲に存在する還
元剤との接触により還元が進行する。例えば固体還元剤
として微粉炭を使用した場合は、微粉炭の熱分解過程で
放出される還元性ガス成分および、タール成分から鉱石
粒子表面へ炭素分析反応が生じる。この場合、該領域中
に微粉炭粒子および鉱石粒子が400 〜800 ℃になる様な
温度域をなるべく大きく取ることにより、鉱石表面への
炭素析出量を増大させ得る。次に、溶融還元領域では、
鉄鉱石の昇温・還元の進行により、溶融ウスタイトが融
出し、これが表面に析出した炭素分や周囲に存在する還
元剤と高速溶融還元反応を生じる。従って、前記予熱・
還元領域での析出炭素量が大きいほど、この領域での溶
融還元量も大きくなる。また溶融還元領域では鉄鉱石粒
子がウスタイトの融点以上に昇温される必要がある。尚
この領域では金属微粒子は球状化する(前記図1参
照)。次に、冷却領域では、溶融還元した粒子を冷却固
化し、外殻部の酸化鉄層(スラグ層)を除去する。図2
は固体還元剤として微粉炭を用いたときの鉄鉱石粒子の
各領域における反応挙動を模式的に示した図である。
熱・還元領域での還元の進行度合いにより変化する。例
えば予熱・還元領域でFe2O3 からFe1-xOまで還元が進行
(還元率約33%)してしまえば、溶融還元領域で、比較
的低温のウスタイト(Fe1-xO)の融点(1377℃)以上にす
れば溶融還元を開始することができる。即ち、前記予熱
・還元領域での鉄鉱石粒子の固体状での還元を進行させ
ることで、溶融還元領域の温度レベルを下げることがで
きる。また溶融還元領域の温度レベルをヘマタイト(Fe2
O3) の融点(1550℃)以上に保てば、確実に溶融還元が
進行する。
きいほど、粒子外殻の酸化鉄を除去し易くなる。この領
域における冷却速度の目安としては-500℃/秒以上が好
ましい。尚粒子凝固後の気流の線速を上昇させると共
に、サイクロン等を用いて、粒子と障壁との衝突・接触
を促進することは、外殻の酸化鉄除去に極めて有効であ
る。
等を考慮すれば1mm以下であることが好ましく、より好
ましくは0.1mm 以下である。また本発明で用いるガス状
還元剤としては、CO,H2 等が挙げられ、固体状還元
剤としては、微粉炭やコークス粉等が挙げられるが、こ
れらは併用しても良い。
するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものでは
なく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいず
れも本発明の技術的範囲に含まれるものである。例え
ば、下記実施例では鉄鉱石から金属鉄微粒子を製造する
場合について示したが、本発明はこの様な場合に限ら
ず、各種鉱石または金属酸化物(例えば予備還元された
もの)から前述した様な各種金属微粒子を製造する為に
適用できることは言う迄もない。
す概略説明図であり、図中1は電気炉,2は鉄鉱石や微
粉炭の供給器,3は還元性ガス供給口,4は冷却用水
槽,5はサイクロンを夫々示す。尚前記水槽4は冷却を
強化する為のものであり、サイクロン5は金属鉄粒子外
殻に形成される酸化鉄層を補助的に除去すると共に、金
属鉄を採取するためのものである。
って鉄鉱石粒子から金属鉄粒子が製造される過程を調査
した。その際、電気炉の炉芯管中央部の温度を1550℃に
維持し、還元性ガスと一緒に、鉄鉱石粒子および、微粉
炭と混合した鉄鉱石粒子のそれぞれを供給した。尚ガス
流中の固体濃度は0.1 〜1.0kg/Nm3 とした。
が進行し、還元される(電気炉1の入口より約0〜0.5
mの部分)。尚電気炉1の上部において鉄鉱石粒子温度
が400 〜800 ℃となる範囲ができるだけ広く取る様な温
度分布を形成することで、鉄鉱石粒子表面における微粉
炭の熱分解由来の炭素析出量を増大させる様にした。
還元が進行し、電気炉1の中央部の最高温度域で溶融球
状化し、周囲の還元剤と溶融還元反応を生じる(電気炉
1の入口より約0.5 〜0.6 mの部分)。尚溶融還元が開
始する時点で、鉄鉱石粒子は約1400〜1500℃以上に昇温
されていた。
更に落下して電気炉1下部の冷却域において急冷される
(電気炉1の入口より約0.6 〜1.0 mの部分)。尚この
とき冷却速度は約-500℃/秒であった。
ろ、鉄鉱石粒子を供給した場合と、微粉炭と混合した鉄
鉱石粒子を供給した場合において、還元率が若干異な
り、後者の方が良好であったが、いずれの場合も良好な
金属鉄粒子が得られていた。
元性気流中に粉鉱石や金属酸化物の粒子を随伴させ、該
気流中で前記粒子を予熱・還元および溶融還元並びに冷
却を行なうことによって、直接にしかも球状の金属微粒
子を高速に製造することができ、プロセスの簡略化およ
び粒子製造コストの削減が可能になった。
るに至るまでを段階的に示した模式図である。
粒子の各領域における反応挙動を模式的に示した図であ
る。
明図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 ガス状および/または固体状還元剤によ
って還元性雰囲気を形成した気流中に、鉱石または金属
酸化物の粒子を随伴させ、該粒子を前記気流中にて予熱
・還元および溶融還元しつつ球状化せしめ、引き続き冷
却して球状の金属微粒子となすことを特徴とする球状金
属微粒子の高速製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23493592A JP3185394B2 (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 球状金属微粒子の高速製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23493592A JP3185394B2 (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 球状金属微粒子の高速製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0681012A true JPH0681012A (ja) | 1994-03-22 |
JP3185394B2 JP3185394B2 (ja) | 2001-07-09 |
Family
ID=16978582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23493592A Expired - Lifetime JP3185394B2 (ja) | 1992-09-02 | 1992-09-02 | 球状金属微粒子の高速製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3185394B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6827758B2 (en) | 2001-05-30 | 2004-12-07 | Tdk Corporation | Method for manufacturing magnetic metal powder, and magnetic metal powder |
KR20230036406A (ko) * | 2021-09-07 | 2023-03-14 | 한국생산기술연구원 | 기상합성법을 이용한 금속 나노분말의 제조방법 |
-
1992
- 1992-09-02 JP JP23493592A patent/JP3185394B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6827758B2 (en) | 2001-05-30 | 2004-12-07 | Tdk Corporation | Method for manufacturing magnetic metal powder, and magnetic metal powder |
KR100603051B1 (ko) * | 2001-05-30 | 2006-07-24 | 티디케이가부시기가이샤 | 자성 금속 분말의 제조방법 및 자성 금속 분말 |
US7416795B2 (en) | 2001-05-30 | 2008-08-26 | Tdk Corporation | Method for manufacturing magnetic metal powder, and magnetic metal powder |
KR20230036406A (ko) * | 2021-09-07 | 2023-03-14 | 한국생산기술연구원 | 기상합성법을 이용한 금속 나노분말의 제조방법 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP3185394B2 (ja) | 2001-07-09 |
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