JPS60262901A - 大気中緩発熱用還元鉄粉およびその製造方法 - 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、例えば使い捨て懐炉の如く、大気中での酸
化反応熱により緩やかに発熱させる用途に使用される鉄
粉、およびその製造方法に関するものである。

最近に至シ、鉄粉を用いた使い捨て型の懐炉が広く使用
されるようになっている。この種の懐炉は、大気中の水
分存在下において鉄粉と酸素との反応によって生じる反
応熱を利用したものであシ、この種の懐炉には、発熱開
始初期の立上がり温度が高く、シかも長時間安定して発
熱すること（すなわち発熱持続時間が長いこと）が要求
される。

ここで、単に鉄粉と水だけでは発熱温度が充分ではない
ことから、この種の懐炉においては一般に食塩や活性炭
等の各種の触媒を添加して発熱温度および持続性を高め
ているのが通常であるが、もちろん鉄粉自体の特性とし
ても、発熱温度（特に初期の立上がシ温度）が高くかつ
持続性が高いことが必要である。

ところでこの種の懐炉に使用される鉄粉の性状としては
、その粒子の比表面積が大きいほど、また高純度あるい
は高活性度のものはど反応が活発に進行して発熱温度が
上昇するとされている。そこでこの種の懐炉に使用され
る鉄粉としては、従来例えば特開昭５６−１６３２０１
号公報に開示されているように、高純度のアトマイズ鉄
粉を水素含有雰囲気中において６００〜７５０℃で還元
処理して活性度を高めた粉末と、高温仕上還元処理を施
した高純度の微粉の還元鉄粉とを混合したものが提案さ
れている。この提案の場合、還元鉄粉によって発熱初期
の立ち上がり温度を確保し、同時にアトマイズ鉄粉で発
熱温度および持続時間を確保することを図っているが、
還元鉄粉は微粉で比表面積が大きいものの、純度を高め
るための高温還元処理によって活性度が低下しておシ、
またアトマイズ鉄粉は比表面積が小さくかつ粒子が緻密
でアシ、そのため全体として立上がり温度および持続性
の点において充分な特性が得られないのが実情である。

一方特開昭５７−１６６１５５号公報においては、純度
の低い還元ベレットを１００メツシエ以下に粉砕して鉄
粉粒子の活性度を高めたものが提案されているが、この
方法による鉄粉の場合、アトマイズ鉄粉と同様に粒子が
緻密でかつ純度が低いため、充分な発熱温度を得ること
が困難である。

上述のように、従来の使い捨て型懐炉用の鉄粉としては
各種の還元鉄粉のほかダライ鉄粉砕粉などが使用されて
いるが、これらの従来の鉄粉を用いた懐炉におりては、
一般に発熱温度が高いものは持続時間が短かく、一方持
続時間が長いものは発熱温度が低くなる傾向にあるのが
実情であり、そこで発熱初期の立上がり温度が高くしか
も長時間安定して発熱し得る鉄粉の開発が強く要望され
ている。

この発明は以上の事情を背景としてなされたもので、初
期の立上が）温度が高くしかも長時間安定して発熱し得
る、使い捨て型懐炉等に適した大気中綴発熱用鉄粉およ
びその製造方法を提供することを目的とするものである
。

上述の目的を達成するべく本発明者郷は鉄粉の発熱特性
に及ぼす鉄粉の各種性状について実験・検討を重ねた結
果、特定の粒度分布条件、比表面積条件および純度条件
を満足させることによって、使い捨て型懐炉に適した優
れた発熱特性を有する鉄粉が得られることを見出し、さ
らにその場合、特に海綿鉄の粉砕によって活性度を高め
て、特定の粒度および粒度分布とし、かつ仕上還元熱処
理を施さずに磁選によって特定の純度とすることによっ
て、低コストで工業的に優れた発熱特性を有する鉄粉を
製造し得ることを見出し、この発明をなすに至ったので
ある。

具体的には、本願の第１発明の大気中綴発熱用還元鉄粉
は、金属鉄を７５〜９９重量−の範囲内で含有し、かつ
粒度が６０メツシエ以下でしかも全粉末中に占める２０
０メツシエ以下の粉末の割合が４０〜８０重量−の範囲
内であり、比表面積が０．１２０　Ｊ）以上であること
を特徴とするものである。

また第２発明の大気中綴発熱用還元鉄粉製造方法は、酸
化鉄を還元して得九海綿鉄を粉砕して、粒度が６０メツ
シ工以丁でしかも全粉末中に占める２００メツシー以下
の粉末の割合が４０〜８０重量％の範囲内である鉄粉を
得る段階と、仕上還元せずに磁選により金属鉄が７５〜
９９重量−となるように純化する段階とからなることを
特徴とするものである。

以下この発明の大気中綴発熱用還元鉄粉およびその製造
方法について詳細に説明する。

一般に使い捨て型の懐炉に使用される鉄粉としては、前
述のように比表面積が大きいほど、また高純度あるいは
活性度の高い鉄粉はど酸化反応が活発に進行して発熱温
度が上昇するため好まし−とされており、特に発熱初期
の立上がシ温度を上昇させるためには、比表面積の大き
り活性な鉄粉が要求される。そして一般に鉄粉粒子が不
規則形状であるほど、また同一形状の粒子では粒子が細
かいほど比表面積が大きくなシ、また粉砕等によって導
入された加工歪が大きい鉄粉はど活性であると考えられ
ており、シたがって懐炉用鉄粉としては不規則形状に微
粉砕したものが好ましいと考えられる。このような観点
から鉄粉の粒度および粒度分布、比表面積について検討
を加え九結果、ミルスケール等の酸化鉄を還元して得た
海綿鉄を、６０メツシー以下に微粉砕した鉄粉であって
、しかも粒度が一定ではなく、２００メツシエ以下のも
のが４０〜８０重量−を占めるような粒度分布を有し、
かつ比表面積が０．１２０？′ｆ以上となるような不規
則形状の鉄粉が適当であることが判明し、これらの粒度
および粒度分布条件、比表面積条件をこの発明において
規定したのである。

上述のように鉄粉の粒度を６０メツシエ以下と限定した
理由は次の通シである。すなわち使い捨て型の懐炉に使
用した場合の鉄粉粒子の酸化反応はその粒子表面から順
次粒子内部へ向って進行するが、ある深さまで酸化反応
が進行すればそれ以上は反応の進行が緩慢となり、特に
６０メツシエを越えるような粗粉末では懐炉使用後にお
いても粒子内部に未反応の金属鉄が残留し、発熱効率が
悪くなることが判明した。したがって鉄粉の粒度は６０
メツシエ以下であることが必要である。

また鉄粉の粒度分布として、２００メツシエ以下のもの
が４０〜８０重量−を占めるように、換言すれば６０〜
２００メツシエのものが６０〜２０重量−を占めるよう
に規定した理由は次の通シである。すなわち、発熱初期
の立上がシ温度を上昇させるためには鉄粉粒子はできる
だけ細かいことが好ましいと考えられるが、２００メツ
シエ以下の微細な粉末が５ｏｑｂを越えるまで微粉砕す
れば、微粉化のための繰返し粉砕によ）粒子の不規則化
が損なわれて球状化し、また粒子内部の空孔も閉塞され
てしまう結果、立上がり温度が実際にはほとんど上昇し
なくなり、また粉砕に要する費用も嵩む。一方２００メ
ッシェ以下のものが４０チ未満では微細化による立上シ
温度の上昇効果が不充分で、充分な立上がシ温度が得ら
れなめ。

また発熱の持続性を高めるため、すなわち酸化反応の持
続時間を長くするためには、鉄粉の純度を高めることと
同時に、粒度もある程度大きくする必要があシ、その観
点から、２００メツシ為以下のものが８０重量％を越え
て６０〜２００メツシエのものが２０重量−未満となれ
ば発熱の持続性が充分ではなくなる。したがって発熱初
期の立上夛温度を充分に高めしかも発熱の持続性を確保
するためには、６０メツシエ以下の粒度の粉末のうちで
も特に２００メツシエ以下の粉末が４０〜８０重量−を
占めるような粒度分布とする必要がある。

次に鉄粉の比表面積をｏ、　ｔ　ｚ　ｏ　ｖｔｒｔ以上
と限定した理由は次の通シである。通常、鉄粉を利用し
た使い捨て懐炉は、外装を開封後手で揉んで使用するこ
とが多いが、これは鉄粉粒子表面を大気と充分に接触さ
せて酸化反応を促進させ、初期の立上がシ温度を上昇さ
せるためであシ、そのための鉄粉としては反応面積すな
わち比表面積の大きい鉄粉であることが好ましく、本発
明者等の実験によれば、鉄粉の比表面積がｏ、　１２０
　？を未満では反応面積が不足して充分な立上がり温度
が得られな−ことが判明した。したがってこの発明では
鉄粉の比表面積を０．１２０　ｉ？以上とする必要があ
る。

さらにこの発明の鉄粉においては、上述のような粒度お
よび粒度分布条件、比表面積条件のほか、純度条件とし
て、金属鉄分量が７５〜９９重量％の範囲内でおる必要
がある。その理由は次の通シである。

すなわち、従来は、鉄粉の酸化反応熱を利用した懐炉で
は鉄粉の純度が低い（すなわち金属鉄分量が少ない）場
合には発熱量が少なくなシ、充分な発熱温度が得られな
いという考えから、できるだけ高純度の鉄粉を用いるこ
とが好ましいとされていたが、金属鉄分量を９９％以上
とするためには水素を含む雰囲気中で８００〜１０００
℃程度の温度で高温還元処理を行なう必要があ夛、この
高温還元処理によって鉄粉粒子が安定化して活性度が低
下し、また焼結解砕によって鉄粉粒子の不規則化が損な
われ、その結果発熱初期の充分な立上がシ温度が得られ
なくなるとともに、高温還元処理によって製造コストも
高くなるから、鉄粉の純度すなわち金属鉄分量を９９チ
よシも高めることは好ましくない。一方金属鉄分量が７
５−未満では、充分な発熱温度と充分な発熱持続時間が
得られず、特に発熱持続時間が不足へとなる。したかっ
てこの発明におりては鉄粉に含まれる金属鉄分量を７５
−以上、９９％以下とする必要がある。

次に上述のような鉄粉の製造方法につ−て説明する。

先ず出発原料の酸化鉄としては、鉄鉱石、あるいは製鉄
所の圧延工程で発生するミルスケールのｔｌか、転炉ダ
ストなど、種々のものを使用することができるが、使い
捨て型懐炉の製造時あるいは使用時にＨ２Ｓ　６るいは
洲３等の悪臭ガスを発生させる不純物成分の少ない原料
が好ましく、この観点からミルスケールが最適である。

このようなミルスケール等の酸化鉄をコークス等で還元
処理して海綿鉄とする。この海綿鉄製造方法は、従来公
知の方法を適用すれば良す。

得られた海綿鉄は、６０メツシエ以下の不規則形状の鉄
粉粒子に粉砕し、粉末全体としての粒度は６０メツシエ
以下でしかも２００メツシ工以下の粒子の占める割合が
４０〜８０重量俤、比表面積が０．１２０　？？以上の
鉄粉とする。この場合、海綿鉄を先ず粗粉砕機で数錆の
大きさまで粗粉砕し、次に中粉砕機で数−程度の大きさ
まで中粉砕し、最後に微粉砕機によって６０メツシー以
下に微粉砕することが望ましく、このように粉砕を段階
的に行なうことによって比較的不規則な形状を有する粒
子を得ることができる。またこの粉砕工程においては、
粒度分布が前述の範囲内に収まるように、すなわち２０
０メツシユ以下のものが４０〜８０重量−を占めるよう
に分級する工程を含んでも良いことは勿論である。

上述のようにして粉砕した鉄粉は、水素を含む雰囲気中
での仕上還元処理を施すことなく、磁選によって純度を
高め、金属鉄分量が７５〜９９重量−の範囲内の純度の
鉄粉とする。ここで磁選の具体的手法は公知の手法を適
用すれば良い。また磁選は前述の粉砕工程と組合せて、
適宜複数回行なっても良いことは勿論でア）、シたがっ
て磁選工程は粉砕工程の後のみに限られるものではない
。

このように水素を含む雰囲気での仕上還元熱処理を行な
わずに磁選によって純度を上げることによって、水素を
含む雰囲気で仕上還元熱処理を行なっ九場合の如く鉄粉
粒子の活性度が低下することが防止され、また焼結解砕
により粒子の不規則性が損なわれることもなく、さらに
は処理コストも大幅に低減される。

以下にこの発明の実施例および比較例について説明する
。

第１表に、この発明の大気中綴発熱用鉄粉（本発明材）
Ａ−Ｄおよび比較例の大気中綴発熱用鉄粉（比較材）Ｅ
−Ｉについて、その化学組成、粉体特性、および粒度分
布を示す。なお第１表中においてＴ、Ｆｅは粉末中の鉄
酸化物を含めた全鉄分量、またＭ、　Ｆｅは粉末中の金
属鉄分量を示す。

第１表の各鉄粉Ａ−１のうち、本発明材の鉄粉Ａ−Ｄは
いずれも製鉄所で発生したミルスケールを原料としてコ
ークス等により還元して得られた海綿鉄を、３段階の粉
砕工程で６０メツシエ以下に粉砕した後、磁選によって
鉄粉の純度を高めたものであシ、特に鉄粉Ａは２００メ
ツシー以下の粒度の粉末が占める割合がこの発明の範囲
の上限値近傍のもの、逆に鉄粉Ｃは２００メツシ為以下
の粒度の粉末が占める割合が下限値近傍のもの、また鉄
粉Ｂは鉄粉Ａ、Ｃの中間的なものである。

さらに鉄粉りは純度（Ｍ、Ｆｅ　）をこの発明の範囲内
において相対的に低くしたものである。なお鉄粉Ａ−Ｄ
の比表面積はいずれも０．　Ｉ　３　ｒｒＶｔ以上で、
この発明の範囲内となっている。

一方比較材の鉄粉ＥおよびＦは、それぞれ前記本発明材
と同様な製法で得られたものであるが、鉄粉Ｅは２００
メツシエ以下の粒度のものが少なく、かつ比表面積が小
さいものであり、また鉄粉Ｆは粒度分布および比表面積
はこの発明の範囲内であるが純度が７５−未満のもので
ある。また比較材の鉄粉Ｇは、前記同様に海綿鉄を粉砕
後、純度を上げるために水素含有雰囲気中において高温
還元熱処理して、９９９６を越える高純度と１〜だもの
である。

さらに比較材の鉄粉Ｈおよび■は、従来提案されている
懐炉用鉄粉で、鉄粉Ｈはアトマイズ鉄粉を水素含有雰囲
気中で低温還元熱処理を施して鉄粉の活性度を高めたも
の、鉄粉■は還元ペレットを微粉砕して鉄粉の活性度を
高めたものである。

第２表にこれら各鉄粉Ａ−Ｉを懐炉として用い九場合の
発熱特性を示す。なお一般に鉄粉の酸化反応熱を利用し
た懐炉においては、酸化反応の促進および発熱持続性向
上のために、鉄粉と水の他に食塩、活性炭等の各種の触
媒を添加することが行なわれているが、この実施例の場
合もこのような最も一般的な方法で懐炉を製造した。

ここで、発熱特性の測定は、懐炉の外袋を破った後、直
ちに内袋の底面中央に熱電対を貼付け、懐炉全体を布で
覆い、静置状態で２４時間温度測定して、立上がり温度
、最高温度、平均温度および発熱持続時間をめた。なお
立上がり温度は発熱開始から３０分経過した時の温度と
し、また最高温度は発熱温度の最高値、平均温度は１５
分間隔で２４時間測温した値の平均値、そして発熱持続
時間は発熱開始から発熱温度が４０℃以下となるまでの
経過時間でそれぞれ示す。

第２表から明らかなように、本発明材の鉄粉Ａ〜Ｄは比
較材の鉄粉Ｅ−Ｉと比べて立上がり温度、平均温度、発
熱持続時間が−ずれも高い値を示し、使い捨て懐炉等の
大気中綴発熱用の用途に使用される鉄粉として優れた発
熱特性を有することが明らかである。すなわち一般に鉄
粉を利用した懐炉では使用感を与える意味から発熱初期
の立上がシ温度が高く、かつ発熱持続時間が長いものほ
ど好ましいとされておシ、本発明材の鉄粉ではその両者
の条件を兼ね備えていることが明らかである。

さらに実施例の各鉄粉について詳細に検討すると、本発
明材の鉄粉Ａは、金属鉄分量が９７．１　％と純度が比
較的高く、かつ２００メツシー以下が７９、３　％と細
粒粉が多く、比表面積も０．１６　ＪＰと大きいため、
立上がり温度が最も高い値を示す。

これに対し鉄粉Ｃは鉄粉Ａと同様に金属鉄分量が９６、
９　％と純度が高りものの、２００メツシユ以下が４２
．２％と細粒粉が少なく、かつ比表面積も０、　ｌ　３
　ｒＩＶｔと小さいため立上がシ温度が若干低くなるが
、発熱持続時間は最も長い。また鉄粉りは比表面積が大
きいものの、純度が低いため本発明材のうちでは最も低
い発熱特性を示すが、比較材のそれと比べればいずれの
特性も高く、本発明材が従来の懐炉用鉄粉と比較して優
れていることが判る。なお鉄粉Ｂは、鉄粉Ａと鉄粉Ｃと
の中間的な特性を示す。

一方比較材の鉄粉Ｅは、金属鉄分量が９６．７％と純度
が高いものの、２００メツシー以下の細粒粉が２６．９
　％と少なく、かつ比表面積も０．１１ｒｒＶＰと小さ
いため、立上がり温度をはじめとする発熱特性がいずれ
も本発明材よシ劣る。また鉄粉Ｆは２００メツシユ以下
の細粒粉が５４．２％と多く、比表面積が６．１３　ｒ
ｒＶｔと著しく高いものの、金属鉄分量が５２．６　％
と低純度であるため、充分な発熱特性が得られず、発熱
温度および発熱持続時間が最も劣る。また鉄粉Ｇは、金
属鉄分量が９８、７　％と高いものの、純度を上げるた
めに高温還元熱処理を施しているために鉄粉の活性度が
低下し、また２００メツシユ以下の細粒粉が３６．７チ
と少なく、比表面積がｏ、　ｔ　ｉ　ｙｙｓ’と低いた
め、立上がり温度があまり上昇しない。

さらに、比較材の鉄粉Ｈおよび■は従来提案されている
懐炉用鉄粉であって、そのうち鉄粉Ｈは前述の如くアト
マイズ鉄粉を低温還元熱処理して活性度を高めた高純度
鉄粉であり、この場合金属鉄分量が９９．２％と高いも
のの、比表面積が００９硲乍と小さいため、立上がり温
度があまり上昇しない。また鉄粉工は還元粒鉄を微粉砕
して鉄粉の活性度を高めたものであり、２００メツシー
以下の細粒粉が７８．６　％と多く、比表面積も３、８
６　ｖｒＶＰと大きいものの、金属鉄分量が６７７チと
低純度であるため充分な発熱特性が得られず、発熱温度
および発熱持続時間の両面で劣る。

以上の実施例からも明らかなようにこの発明の大気中綴
発熱用鉄粉は、発熱初期の立上がシ温度が高く、（２か
も長時間安定して発熱して長い発熱持続時間が得られる
ものであシ、使い捨て懐炉等の用途に適した優れた発熱
特性を有するものである。

またこの発明の鉄粉製造方法によれば、鉄粉の純度およ
び活性度を高めるために、低温あるいは高温での仕上還
元熱処理を施すことなく、粉砕および磁選処理によって
それらを向上させるものであるから、鉄粉製造コストが
従来よりも大幅に低減され、安価でしかも優れた特性を
有する大気中綴発熱用鉄粉を工業的に多量に供給するこ
とができる。

第２表

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　金属鉄を７５〜９９重量−の範囲内で含有し、
   かつ粉末全体の粒度が６０メツシエ以下で、しかも全粉
   末中に占める２００メツシユ以下の粉末の割合が４０〜
   ８０重量−の範囲内にアシ、比表面積が０．１２０　ｆ
   ｆ？以上であることを特徴とする大気中綴発熱用還元鉄
   粉。
2. （２）酸化鉄を還元して得た海綿鉄を粉砕して、粒度が
   ６０メツシエ以下でしかも全粉末中に占める２００メツ
   シエ以下の粉末の割合が４０〜８０重量−の範囲内にあ
   る鉄粉を得る段階と、仕上還元熱処理を行なわずに磁選
   によって金属鉄分量が７５〜９９重量−の範囲内となる
   ように純化する段階とからなることを特徴とする大気中
   綴発熱用還元鉄粉の製造方法。