JPS586902A - 金属粉末の処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、金属粉末、特に好ましくは、Ｏｒ、Ｍｎ％
　Ｖ％Ｎｂ％　Ｂ％Ｓ！等Ｆｓより酸化物生成自由エネ
ルギーの低い易酸化性元素を１種以上含有する金属粉末
の脱炭を効率よく行なう方法に関する。

ところで、金属粉末の型造方法としては、水アトマイズ
法、ガスアトマイズ法、油アトマイズ法が知られている
。上記水アトマイズ法で製造された金属粉末は、噴霧媒
の水によって容易に酸化され、金属粉末の圧縮性、成形
性、焼結性より、その成分として酸素含有量の低いこと
が望まれている点において、得られた金属粉末を１００
０℃で３〜５時間という高温でかつ長時間還元処理を施
さなければならず、しかもこの処理においてさえせいぜ
い０２ｗ　を優にしか還元処理で色ないという問題があ
る。

また、ガスアトマイズ法は、噴霧媒としてＮ婁、Ａｒ等
のいわゆる不活性ガスを使用し、金属粉末を製造する方
法であり、多量に必要とする不活性ガスが高価であると
と本に、得られた成品の粒子形状が球形になり、その焼
結性が悪いという問題がある。

油アトマイズ法は、油を噴霧媒として金属粉末を製造す
る方法であって、水アトマイズ法に比べて、得られた金
属粉末に酸化が生じていない（酸素含有量が低い）とい
う点においてすぐれているが、アトマイズ時に浸炭する
ため、低炭素鋼用原料として使用するためには、脱炭処
理を施さなければならない。この脱炭処理を施すに際し
、従来以下に示すごとき問題があった。

金属粉末の脱炭反応は、一般の反応と同様Ｋ。

Ｈ諺０．００ｍ等の反応ガスの金属粉粒子表面への拡散
、吸着および脱炭、反応生成ガスの脱着および拡散とい
った過程から構成されるが、この種金属粉末のごとき微
粉粒子になると、粉末を浮遊状態（流動層）にさせない
場合、通常のいわゆる固定層状態での脱炭処理において
は１粒子間の空間が極めて小さいため反応ガスの通気性
が悪く、主としてガスの分子拡散によシ反応ガスが粒子
表面に供給されることとなる。従って、固定層表面にお
いて濃度の高い反応ガスが存在しても、反応しながら下
層部に拡散していく過程において、供給量が少ないため
反応ガスの濃度は低くなる一方、反応生成ガスの濃度が
高くなっていくという現象が起こり、上層部においては
目標値以下に脱炭されているにもかかわらず、下層部に
おいてはほとんど脱炭されないというように、上層部と
下層部では脱炭率に大きな差が生ずる。

このような傾向は、数鱈の層厚においてすでに確認され
、層厚゛が大であればあるほど一定条件下における上１
部と下層部での濃度差、すなわち脱炭率の差は大きくな
る。

かかる現象に対し、下層部の脱炭率を向上させる方法と
して、層厚を薄くすること、および反応ガスの濃度を高
くすることが一般に考えられる。しか１、層厚を薄くす
る方法については、生産性が極めて低くなるという実用
化での問題がちに、また反応ガスの濃度を高くする方法
は、ガス濃度が高くてもガスの１３内拡散が支配的であ
るため効果に限界がある上、反応ガスは脱炭性と共に酸
化性を有するため、上層部の粒子が酸化されるといった
問題がある。そして、従来はこのような問題に有効に対
処し得る方法本なかった。

この発明は、金属粉末を得るに当って、その酸素含有量
を低減させるに油アトマイズ法で金属粉末を製造し、製
造した金属粉末の脱炭処理を施す　　　　；□・′に際
し、従来の前記問題を解消し、連続的に効率よくする方
法を提案するものであって、その特徴は、油アトマイズ
法により得た金属粉末を油類、ま九は有機系バインダー
と混合し、ペレタイザー等の造粒装置によシ平均粒度３
〜１５ｍのペレットまたは粒状に造粒し、該ペレットま
たは粒状となした金属粉末を移動床上に供給し、前記移
動床上の金属粉末を脱炭性ガス雰囲気を保った脱炭工程
内で所定の温度に加熱することを特徴とする方法である
。

以下、この発明法について詳細に説明する。

この発明法は、油アトマイズ法により製造し、酸素含有
量が低いが、比較的炭素含有量の高い金属粉末、特に好
ましくは、Ｏｒ、　Ｍｎ％Ｖ％Ｎｂ、　Ｂ、　８１等易
酸化性元素を含有する金属粉末を連続的に効率よく脱炭
処理する亀のである。

この発明者らは、固定層の通気性を向上させて多量の金
属粉末の脱炭を連続的かつ効率よく脱炭する方法につい
て種々検討した結果、金属粉末をペレットまたは粒状に
造粒することにより固定層での反応ガスの通気性が良好
となり、層高方向の濃度差がなくなり上層部、下層部共
に均一かつ喪好な脱炭率となることを見い出した。また
、その脱炭処理には移動床を採用した方がより効果的で
あることも見い出した。移動床を採用することにより、
移動床の上流側より炭素含有量の高い金属粉末を所定量
連続的に供給すると、その下流側よシ処理後の金属粉末
を効率よく回収することが可能となる。

この発明法において、油アトマイズ法によす尋た金属粉
末を所定粒度のペレット状または粒状に造粒する方法と
しては、金属粉末と油類とを混合し、ペレタイザー等の
造粒装置により造粒する方法を採用する。この方法にお
いて、金属粉末と混　　。

合する媒体に油類、または有機系バインダーを用いたの
は、次の理由による。

油類は、油アトマイズ後金属粉末に付着した油分を利用
して造粒することＫより、脱油工程の省略、およびバイ
ンダー添加不要という利点を狙った本のである・。

一方、有機系バインダー使用は、嚇独および油との混合
が考えられ、造粒の強化が図られる。バイングーとして
有機系のものを選択したのけ、加熱および脱炭後有害な
不純物が金属粉末中に残らないためである。

また、使用する油類としては、ガえは油アトマイズの噴
霧媒と同様、機械油、灯油、動植物油等がある。有機系
バインダーとしてはパラフィン、エチルアルコール、ア
ラビアゴム、セルローズ、デキストリン、リグニン等、
一般に使用されているものが利用できる。金属粉末への
前記油類、有機バインダーの含有率は１％〜１０倦程度
である。

＼ また、この発明法において、ベレット状ま九は粒状金属
粉末の平均粒径を３〜１５８に限定し九のは次の理由に
よる。

すなわち、第１図は、この発明者らが実験によって求め
た造粒金属粉末の粒度と、脱炭処理後のＣ％Ｏの含有量
の関係を示したものである。この実験では、油アトマイ
ズ法で得た金属粉末に前記油（機械油）を９３！７の割
合で混合し、これをペレタイザーにより造粒したものを
、脱炭性ガス雰囲気を保った反応容器内で９００’Ｃに
加熱し１次いで非酸化性ガス雰囲気を保った冷却容器内
で冷却した。なお、使用した金属粉末の成分は０１０．
６％、０　！　００５％、Ｍｎ　：　１．０％、Ｏｒ　
：　１．０％、平均粒径は４５鵬であった。

第１図より、金属粉末中の酸素を増加させずに炭素含有
量を０．１％以下（一般に粉末冶金製品用金属粉末に要
求される炭素含有１）に抑えるには、造粒粒子径を３〜
１５１１１にすることが望ましいことが判明した。なお
、前記粒子径が３ＩｌＩ＋以下では造粒による脱炭効果
が小さく、また１５ｆ１以上では金属粉末中の０１０含
有量が増し好ましくない。

上記の造粒金属粉末の脱炭処理に採用した移動床は、例
えば、両端にホイールを設け、エンドレスに駆動する方
式を用いることができる。

この移動床の上流側で供給した炭素含有量の高いベレッ
ト状または粒状の金属粉末は、移動床の移動にともなっ
て、予熱工程に入る。この予熱工程は、金属粉末の酸化
防止、あるいは次工程の脱　　　　″次工程を考慮し、
非酸化性ガス雰囲気あるいは脱炭性ガス雰囲気になって
お）、いわゆる歯、　Ａｒ等の不活性ガス、Ｈ−ガス、
Ｈ膚とＮ、との混合ガス％　Ｈａと００の混合の還元ガ
ス、あるいはＨｓＯとＨｅとＮ、の混合ガス、Ｈ！０と
出の混合ガス、００雪と００の混合ガス等の雰囲気にな
っている。

しかも、この工程は、予熱が主たる目的の工程であるか
ら、せいぜい数１００℃までの昇温にとどめ急激な昇温
を避けている。

次に、移動床の移動にともなって、脱炭工程に入る。こ
の脱炭工程は、　ＨａＯ％Ｈａ、　Ｎａ混合ガス、また
は山０４Ｈ＊混合ガス、または００ｓ　、　ｏｏ混合ガ
ス等の脱炭性ガス雰囲気になっており、その雰囲気温度
は、通常５５０〜１２００℃となっている。この温度範
囲は、金属粉末中の炭素の拡散、高温における粒どうし
の相互固着現象を考慮して定められたものである。すな
わち、５５０℃以下の温度では金属粉末中の炭素の拡散
が弱く、たとえ脱炭性雰囲気であっても脱炭が進まず、
また１２００℃を越え高温にすればするほど粒どうしの
相互固着が起こり、破砕処理を必要とするからである。

ついで、脱炭処理された金属粉末は冷却工ｉＫ入る。冷
却工程は、脱炭工程における高温金属粉末を冷却するも
のであって、この工程では、前記金属粉末の再酸化を防
止するために非酸化性ガス雰囲気としている。この非酸
化性ガス雰囲気は。

予熱工程の非酸化性ガス雰囲気と同じであってよい。

この発明では上記のごとく、ベレット状あるいは粒状に
造粒された金属粉末を移動床に供給し、予熱工ａ１脱炭
工程および冷却工程を過通させて処理する方法である。

この場合、金属粉末を造粒せずに移動床の上で固定層状
態で処理する／従来法では、前記したとおり、反応ガス
の通気性が悪いために層高方向のガス濃度分布のばらつ
きが大きく、上層部と下層部の脱炭率に差が生ずるが、
この発明法では、金属粉末を３〜１５ｆｉのベレット状
、または粒状に造粒し丸ものを移動床に供給するため、
同じ固定層であっても、粒子間の空間が従来の固定層に
比べ大きく、従って反応ガスの通気性が良好となり、層
高方向のガス濃度分布はほぼ均一化され、上層部と下１
部の脱炭率の差ははとんどなくなる。かかる効果は固定
層の層厚が厚くても得られるため、層厚を薄くする必要
本なく、また、反応ガスの濃度を高める必要もない。従
って、この発明法によれば、０．０含有量の極めて少な
い品質良好な金属粉末を高い生産性で得ることができる
。

なお、この発明では、必要に応じて、脱炭性ガス中に混
入した脱炭反応阻害成分を除去しながら該脱炭性ガスを
循環使用することができるっさらにまた、脱炭性ガスと
してｓ　ＨｓＯ，Ｈｓ、Ｎｌの成分のものｓ　ＨｓＯ，
Ｎｓの成分のもの等湿分（Ｈｌ　Ｏ）を含有する脱炭性
ガスを使用する場合は、冷却工程における雰囲気圧力を
脱炭工程における雰囲気圧力よりも高く保ち、脱炭性ガ
スである湿分含有ガスが、冷却工程内に流入するのを防
ぎ、冷却工程における温度降下により該ガス中の湿分が
凝縮滴下して、冷却過程における金属粉末の再酸化を防
止する必要がある。また、００．００ｍ混合ガスｓ　０
０ｓ　ＯＯ諺、Ｎ、混合ガス等脱炭にともなう過剰の０
０．００ｍを除去する必要がある。

次に１この発明法を実施するための装置の一例を第２図
に基づいて説明する。

第２図において、（１）は油アトマイズ法で得た金属粉
末と油類とを混合する混合機、・２］）は油類を混合し
た金属粉末を所定粒度のペレットまたは粒状に造粒する
造粒装置を示す。

（１）は移動床であり、両端側に設けたホイール（１−
１）　Ｋ係合されてモータ駆動される無端ベルト（１−
２）　Ｋより構成されている。無端ベル）　（１−２）
は、スチール製のもの、耐熱ゴム製のもの、あるいはキ
ャタピラ状のものを適用することができる。

前記移動床（１）は、矢印方向に移動し、この移動床（
１）の上流側の上方には、処理しようとする金属粉末を
該移動床に供給するための供給ホッパー（２）を設けて
いる。この供給ホッパーは、その下部よシ常に一定割合
で粉末を切出すようになっている。

−５１１ｐＫ・１ｍ″’）　′’−（２）ＯＴａｆｌＡ
−・“１０・　）、１脱炭室（４）、冷却室（５）を順
次配設しており、予熱室（３）および脱炭室（４）の天
井部および底部には加熱器を有し、予熱室（３）は該室
内の金属粉末（ベレット状、粒状）を数１００℃に予熱
し、脱炭室（４）は５５０〜１０００℃に金属粉末を加
熱するようと構成している。

上記予熱室（３）には、非酸化性ガスを室内に供給する
非酸化性ガス供給系（６）が接続され、脱炭室（４）に
は、脱炭性ガスを室内に供給する脱炭性ガス供給系（７
）が、また冷却室（５）には、非酸化性ガスを室、内に
供給する非酸化性ガス供給系（８）が接続されている。

前記脱炭性ガス供給系（７）は、集塵機（９）、ガス成
分調整器（ト）を脱炭室（４）のガス排出側より順次配
設された循環系を構成し、集塵機（９）は、脱炭室（４
）から排出される脱炭性ガス中に％混入した微粒の金属
粉末を回収するためのものであり、を走ガス成分調整器
［相］は、金属粉末の脱炭に寄与し増加する脱炭性ガス
中のＯＪ成分を除去調整する本のであって、脱炭性ガス
の脱炭性を高位に維持するものである。さらに、この脱
炭性ガス供給系（７）には、集塵機（９）の直前にパル
プαｐを設け、脱炭室（４）からの排出ガス量を調節し
、ガス成分調整器（転）の後方にプロワ−０四を設け、
このプロワ−圧よって脱炭室（４）クガスを供給して循
環するようにしているっ予熱室（３）、冷却室（５）に
接続されている非酸化性ガス供給系（６）、（８）は、
図示のように個別に設けてもよく、また同一系統よシ分
岐してもよい。さらに、破線で示すごとく、冷却室（５
）の終端部よシ冷たい非酸化性ガスを供給し、冷却室（
５）の始端部（脱炭室ＩＩ）より金属粉末との熱交換に
より高温になった前記非酸化性ガスを排出し、排出され
たガスを予熱室（３）の終端部（脱炭室側）よシ供給し
て冷たい金属粉末の予熱に寄与させ、冷却された前記ガ
スを予熱室（３）の始端側より排出し、再びこの冷たい
、？／）非酸化性ガスを冷却室（５）の終端部に供給す
る循環系としてもよい。なお、ａ◆は、この非酸化性ガ
スを循環供給するためのプロワ−であり、（至）は、前
記ガスの漏風量を補充するための補給系である。

さらＫまた、非酸化性ガス供給系（６）、脱炭性ガス供
給系（７）は・、第３図に示すような循環系をとっても
よい。すなわち、予熱室（３）、脱炭室（４）は、脱炭
性ガス供給系（７）に連通されており、この系は、脱炭
室（４）のＰ一端部より脱炭性ガスを供給し、脱炭室（
４）を流通して予熱室（３）の始端部より該ガスを排出
し、排出後のガスは集塵機（９）を通り、ガス中に混入
し九微粉の金属粉末を回収し、さらにガス成分調濱器ｑ
りを通り、金属粉末の脱炭に寄与し、増加する脱炭性ガ
ス中のＣＯ酸成分除去調整するものであり、再びブロワ
−轢を介して前記脱炭室（４）に供給される。なお、０
１）はパルプであり、（至）は脱炭性ガス補給系を示す
。また、冷却室（５）は、非酸化性ガス供給系（６）に
連通されており、この系は、冷却室（５ンの終端部よシ
非酸化性ガスを供給し、該冷却室の始端部（脱炭室側）
よシ排出するようになっており、排出後の高温になった
非酸化性ガスはへ交換器（−により冷却されて後、再び
プロワ−ａ４を介して前記冷却室（５）に供給されるよ
うＫなっている。（ハ）は、非酸化性ガス補給系を示す
。

以上のような脱炭性ガス供給系（７）、非酸化性ガス供
給系（６）　％　（８）において、脱炭性ガスとして。

１（１０、Ｈｌ、Ｎ、の組成のもの、あるいはＨｓＯｌ
Ｈｓの組成のもの等、湿分（Ｈ・０）を含有するガスを
使用する場合は、冷却室（５）の室内圧を脱炭室（４）
の室内圧より高く保つ必要があり、冷却室（５）、脱炭
室（４）のそれぞれに圧力計を新たに配設し、その圧力
調整を施すような構成忙するとよい。

以下、この発明の実施列について説明する。

〔実施例〕

油アトマイズ法により得た第１表に示す成分および粒度
分布を有する金属粉末を機械油と９３＋７の割合で混合
し、これをペレタイザーによす平均粒径６Ｈのベレット
状に造粒し、第２図に示す装置によシ第２表に示す処理
条件で脱炭処理を施し、その結！を第３表に示した。

なお、・比較のため、同一の成分および粒度分布を有す
る金属粉末を造粒せずにそのままで脱炭処理を施した場
合の実施結果を従来法として示した。

第１表　金属粉末の成分および粒度分布第２表　処理条
件 第３表の結果より明らかなごとく、この発明法では、従
来法より高い層高で本十分な脱炭効果が得られていて、
金属粉末の酸化も＃なとんど生じていない。

１従って、この発明法によれば、品質良好な油アトマイ
ズ粉を高生産性で得ることができ、工業的に極めて有益
である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明者らの実験にょシ求められた金属粉末
の造粒粒子径と０％０％の関係を示す図表、第２図はこ
の発明法を実施するための装置の７例を示す説明図、第
３図は同上装置の一部の他の実施例を示す説明図である
。 １・・・移動床　　　　　　２・・・供給ホッパー３・
・・予熱室　　　　　　４・・・脱炭室５・・・冷却室
　　　　　　６・・・非酸化性ガス供給系７・・・脱炭
性ガス供給系　８・・・非酸化性ガス供給系２０・・・
混合機　　　　　　２１・・・造粒装置出願人　　住友
金属工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ０１％以上の炭素を含有する金属粉末を油類、または有
   機系バインダーと混合し、ペレタイザー等の造粒装置に
   より平均粒径３〜１５１１１のペレットまたは粒状に造
   粒し、該ベレットまたは粒状となした金属粉末を移動床
   上に供給し、前記移動床上の金属粉末を脱炭性ガス雰囲
   気を保った脱炭工程内で所定の温度に加熱することを特
   徴とする金属粉末の処理方法。