JPS58482B2 - 原料鉄粉の熱処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、炭素を０．１〜０．６重量％、金属鉄を９
３〜９８重量％含有する原料鉄粉から、炭素０．０１重
量％以下および金属鉄９７重量％以上の還元鉄粉を得る
原料鉄粉の熱処理方法に関する。

鉄鉱石粉あるいは製鉄所などで発生するミルスケール粉
等の酸化鉄粉をトンネル炉等で粗還元して得られた海綿
鉄、あるいは溶鋼を気体または液体で噴霧して得られた
鉄粉（アトマイズ粉）中には、炭素が０．１〜０．６重
量転金属鉄が９３〜９８重量％程度含有されるため、こ
れを粉末冶金用等に適するものとするためには脱炭およ
び還元を行なう必要がある。

したがってこのような原料鉄粉は仕上げ還元されるのが
普通である。

粉末冶金などの使用に適する還元鉄粉を得るだめの原料
鉄粉の熱処理において、この熱処理雰囲気としてたとえ
ば特公昭４７−１８２０６号公報に記載されているよう
な水素含有ガス中に水蒸気を添加したものを使用する技
術が知られている。

この技術を使用して特記炭素を０．１〜０．６重量％、
金属鉄を９３〜９８重量％含有する原料鉄粉について、
連続式還元炉により脱炭および還元を目的とした還元を
行なう場合に、水素含有ガス中に単に水蒸気を加えた雰
囲気を用いると、脱炭は進行するものの還元反応が遅く
、連続炉などでは生産性に劣る欠点がある。

加えて水素含有ガス中の水蒸気含有量が６容量係以上に
なると連続炉から鉄粉がケーキ状で大気中に出てきた際
に再酸化を生じて灰黒色状の粉末となり、このような粉
末では粉末冶金用として十分な特性値が得られない問題
を有していた。

この発明は、前述した従来の問題点の解消をはかること
を目的とするもので、熱処理の前半では脱炭反応を進行
させて脱炭をほとんど完了させ、熱処理の後半では還元
反応を進行させるような熱処理を連続的に行なうことに
より、脱炭および還元反応が速やかに進行して熱処理の
生産性が大幅に向上し、しかもケーキの再酸化や固化を
防止することができる原料鉄粉の熱処理方法を提案する
ことを目的とする。

すなわち、この発明の熱処理方法は、炭素を０．１〜０
．６重量％、金属鉄を９３〜９８重量％含有する原料鉄
粉を主として水素からなる雰囲気ガス中で連続熱処理す
るにあたり、この熱処理雰囲気温度を８００〜９５０℃
に保持するとともに、前記熱処理の前半は水分を６容量
％以上含有する脱炭雰囲気で１０〜１５０分保持し、前
記熱処理の後半は水分を４容量％以下含有する還元雰囲
気中で３０〜１７０分保持し、かようにしてこれら前半
および後半の合計保持時間である４０〜１８０分間上記
の８００〜９５０℃に保持することにより、炭素０．０
１重量％以下および金属鉄９７７重量％上の還元鉄粉を
得ることを特徴とする。

この発明の熱処理方法において、熱処理の前半は雰囲気
中に水分を６容量％以上含有する脱炭雰囲気としかつ雰
囲気温度を８００〜９５０℃に保持する。

この雰囲気中の水分量の調節は、たとえば加湿した水素
含有ガス（例えばアンモニア分解ガス）を炉中に吹込ん
でもよいし、また鉄粉中に直接水を加えてもよい。

一方、温度が８００℃未満または水分含有量が６容量％
未満の場合には速やかな脱炭反応が起らず、熱処理の前
半で脱炭をほとんど完了させるという目的が達せられな
い。

また雰囲気温度が９５０℃を越えるとケーキの固化を生
じて熱処理後のケーキ解砕が十分良好にできず、多量の
粗粒が発生し、また強度の解砕を行なえば鉄粉が加工硬
化をおこすため採用できない。

続く熱処理の後半は雰囲気中に水分を４容量％以下含有
する還元雰囲気としかつ雰囲気温度を８００〜９５０℃
に保持する。

雰囲気中の水分含有量を４容量％以下にするだめには、
たとえば水素含有ガス発生装置から雰囲気中に水素含有
ガス（アンモニア分解ガスなど）を吹込むまでに特に何
の処置も行なう必要はないが、特に途中において除湿器
を設けて除湿した水素含有ガスを吹込むと還元効果は大
きくなる。

ところが、雰囲気温度が８００℃未満または雰囲気中の
水分含有量が４容量％を超過する場合には速やかな還元
反応が起こりにくく、特に６容量％以上の水素含有ガス
を吹込んだ場合には熱処理雰囲気から大気中にケーキが
出てきた時に再酸化を生ずるため採用できない。

熱処理後半の温度上限については９５０°Ｃ以下に抑え
、ケーキの固化を防止する必要がある。

前記８００〜９５０℃に保持した熱処理雰囲気における
加熱保持時間は、原料鉄粉中の炭素含有量に応じて定め
るのが望ましい。

すなわち、原料鉄粉中の０．０〜０．６重量％の範囲内
での炭素含有量に応じて、熱処理後の還元鉄粉末中の炭
素含有量を０．０１重量％以下にするためには、熱処理
前半の脱炭雰囲気保持時間は最低１０分確保するのが好
ましく、連続炉使用の場合において最低１０分間に相当
する区域は脱炭雰囲気とする。

そして原料鉄粉中の炭素含有量が多くなければ、この炭
素含有量に応じて熱処理前半の脱炭時間を必要なだけ確
保し、連続炉の使用においては脱炭雰囲気とする区域を
長くして熱処理前半で脱炭をほとんど完了させる。

原料鉄粉が炭素含有量の上限である０、６重量％の場合
には、はぼ１５０分の脱炭処理により脱炭はほとんど完
了する。

したがって１５０分以上にわたって脱炭雰囲気とするこ
とは無意味であるし、かえって粉末中の鉄酸化物量をい
たずらに多くすることになり、後の還元処理における負
担を増すことになるので好ましくない。

熱処理の前半において脱炭がほとんど完了した時点で雰
囲気はすぐに脱炭雰囲気から還元雰囲気に切換えるべき
であり、必要以上に脱炭雰囲気を長くすることは経済的
に無意味である。

続く熱処理後半の還元雰囲気とする時間は、目的の還元
を行なうために３０分以上にするのが望ましい。

つまり、３０分未満では金属鉄が９７重量％以上の還元
鉄粉を得ることができないためであり、たとえば熱処理
前の原料鉄粉が９７重量％以上の金属鉄を含有している
場合であっても、熱処理前半の脱炭雰囲気を酸化性雰囲
気にした場合に起こる鉄粉の部分的酸化のため、熱処理
後半の還元雰囲気は３０分以上確保するのが望ましいの
である。

しかし、還元雰囲気中においては１７０分以内で十分に
還元が進行するため、これ以上の還元雰囲気とすること
は経済的に無意味であり、またケーキの固化が生じてく
るので好ましくない。

この発明における主として水素からなる雰囲気ガスには
、水素ガス、アンモニア分解ガスあるいは水素ガスに窒
素ガスを適宜割合混合した混合ガス等の水素含有ガスが
適する。

この発明に従う熱処理を行なうに際して使用される連続
式熱処理炉としては、たとえばプッシャ一式、ローラー
ハース式、コンベヤ式、ウオーキングビーム式などの横
型連続炉あるいはタワ一式などの竪型連続炉が使用でき
る。

そして、かかる連続炉内において、熱処理の前半は脱炭
雰囲気とし、後半は還元雰囲気とするのであるが、この
区分けはたとえば次のような方法で可能となる。

すなわち、５００〜３０００ｍｍの間隔で水素含有ガス
吹込み管を炉中に配置し、熱処理の前半では加湿した水
素含有ガスを吹込み、熱処理の後半では無加湿または除
湿した水素含有ガスを吹込み、排気管を原料鉄粉装入位
置から熱処理前半の脱炭域と熱処理後半の還元域の境界
の位置の間に１本以上取付け、この排気管より排気する
ことによって雰囲気の区分けを行なう。

この際、前記排気管の位置が重要であり、熱処理後半の
還元域にこれを取付けると、還元域に脱炭雰囲気ガスが
流れ込むことになるため、当初の効果が期待できなくな
る。

実施例 １ 連続熱処理炉としてベルト炉を用い、熱処理前。

半を脱炭雰囲気としかつ熱処理後半を還元雰囲気としだ
熱処理方法テストＡと、雰囲気の区別をしないで炉の全
体にわたり加湿水素ガスを使用した熱処理方法テス）Ｂ
との還元能力の差を調べた。

第１図は炉内雰囲気中の水分量（容量％）の分析値であ
り、テストＡでは熱処理前半で加湿したアンモニア分解
ガスを炉中に吹込むことにより脱炭雰囲気としており、
熱処理後半においては加湿しないアンモニア分解ガスを
炉中に吹込んで還元雰囲気としている。

この際、後半の雰囲気中の水分は少ない方が望ましい。

第２図は炉内雰囲気中の（ＣＯ＋Ｃ０２）容量％を示し
ており、鉄粉中の炭素が脱炭反応により脱炭しているこ
とを示す。

また（ＣＯ＋Ｃ０２）容量％の数値は脱炭反応の進行程
度を示しており、テストＡでは熱処理前半で脱炭がほと
んど完了しテストＢでは熱処理全般にわたって脱炭反応
が起きている。

次に、熱処理雰囲気温度が８５０℃で温度保持時間が１
２０分になるようにベルトの進行速度を定め、ベルト上
に乗せる原料鉄粉の厚み（以後「ケーキ厚」と称す）を
３５龍としその他も同一条件にしてテストＡ、テストＢ
の条件で還元した。

このときの仕上還元前後の金属鉄分析値を第１表に示す
。

上記いずれの結果においても熱処理前半の脱炭は完全に
行なわれているが、雰囲気を分けたテストＡでは雰囲気
を分けないテストＢに較べて還元能力が非常に上まわっ
ていることがわかる。

すなわち、テストＡとテストＢの仕上還元後の金属分析
値を同じ値にするためには、テストＢではベルトの進行
速度を遅くして８５０℃の雰囲気温度での保持時間を長
くすれば良いが、同じ値にするには保持時間を１６０分
を必要とした。

このことは、テストＡではテストＢに較べて還元速度が
約３０係向上したことを示すものである。

また雰囲気を分けることにより還元時間が短縮できるた
め、還元中に同時に起こりやすい鉄粉の粒子同士の焼結
が少なくなり、その後の解砕性が良くなることもわかっ
た。

次に第３表において、第２表に示す化学成分のミルスケ
ールを原料とした海綿鉄をテストＡの方法により仕上還
元し、解砕後の磁選・分級・混合によって得られた還元
鉄粉の特性値の一例を示す。

この表から明らかなように、粉末冶金用鉄粉として十分
すぎるほどの特性値となっている。

実施例 ２ 実施例１のテストＡとケーキ厚を除いて全て同一条件と
し、ケーキ厚を実施例１の２陪の７０龍にして仕上還元
を行なった。

その結果、ケーキ厚を暗にしたときでも全く還元能力に
差はなく同じであった。

ところが、テストＢのように雰囲気を分けない仕上還元
ではケーキ厚を増加すると還元が進まなくなり、ケーキ
の厚さ方向での還元率のばらつきが大きくなる。

このことから、雰囲気を分けて脱炭をほとんど完了させ
た後に還元雰囲気として還元することにより、ケーキ内
での還元ガスの拡散が容易になったと考えられ、この発
明の熱処理方法の有利性が明らかとなった。

したがって、ベルト炉等の連続炉では還元時間を短かく
できるばかりでなく、ケーキ厚も増大できるため炉の生
産能力を高めることができる。

実施例 ３ ベルト炉において熱処理前半を脱炭雰囲気とするために
加湿した水素含有ガスを炉中に吹込むが、炉温８５０℃
で水分７０容量％のアンモニア分解ガス（水素含有量は
２２．５容量％となる）を吹込んでも後半の熱処理を低
水分（４容量％以下）の還元雰囲気とすることにより同
様に還元反応は非常に早くなった。

この熱処理前半での雰囲気は酸化雰囲気であり、熱処理
前半では還元性雰囲気を保つだめの雰囲気中の水攻量の
上限はない。

工業的には１００％近い水分量の水素含有ガスを炉中に
吹込むには、特にこのだめの設備を必要とするので、特
に大きな利点がなければ行なうことはない。

しかし、高水分の水素含有ガスを炉中に吹込む場合には
脱炭が早く完了するため、当然のことながら次の段階で
ある低水分の還元性雰囲気に無駄なく切替えることが必
要である。

以上詳述したところから明らかなように、この発明の原
料鉄粉の熱処理方法によれば、炭素を０．１〜０．６重
量％、金属鉄を９３〜９８重量％含有する原料鉄粉の脱
炭反応を熱処理の前半でほとんど完了させてしまうため
、熱処理後半での還元反応を非常に早く終えることがで
きる。

したがって、粉末冶金用等の還元鉄粉に要求される特性
値を何ら損することなく熱処理時間を大幅に短縮させる
ことが可能となり、生産性の著しい向上をもたらす。

また、還元中に同時に起こる鉄粉粒子同士の焼結が少な
くなり、熱処理後のケーキの再酸化や固化を防止した解
砕性の良い鉄粉を得ることができる非常にすぐれた効果
もあわせて有する。

【図面の簡単な説明】

第１図のこの発明の一実施例におけるベルト式連続炉（
長さｌ）内界囲気中の水分含有量を示すグラフ、第２図
は同じく雰囲気中の（ＣＯ＋Ｃ０２）含有量を示すグラ
フである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 炭素を０．１〜０．６重量％、金属鉄を９３〜９８
   重量％含有する原料鉄粉を主として水素からなる雰囲気
   ガス中で連続熱処理するにあたり、この熱処理雰囲気温
   度を８００〜９５０℃に４０〜１８０分保持するととも
   に、前記熱処理の前半は水分を６容量係以上含有する脱
   炭雰囲気とし、前記熱処理の後半は水分を４容量係以下
   含有する還元雰囲気として、炭素０．０１重量％以下お
   よび金属鉄９７重量％以上の還元鉄粉を得ることを特徴
   とする原料鉄粉の熱処理方法。 ２８００〜９５０℃に４０〜１８０分保持しだ熱処理雰
   囲気における加熱保持時間は、原料鉄粉中の炭素含有量
   および金属鉄含有量に応じ、熱処理の前半における脱炭
   雰囲気中で１０〜１５０分とし、前記熱処理の後半にお
   ける還元雰囲気中で３０〜１７０分として、炭素０．０
   １重量％以下および金属鉄９７重量％以上の還元鉄粉を
   得る特許請求の範囲第１項記載の原料鉄粉の熱処理方法
   。