JPS62274001A - 流動層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】 ３、発明の詳細な説明 〔産業上の利用分野〕 本発明は流動層還元鉄粉およびその製造方法に関し、粉
末冶金用鉄粉、または粉末のままで利用する鉄粉および
その製造方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、鉱石還元鉄粉はヘガネス社の鉱石還元鉄粉に代表
されるように、約０．１５ｍｍ以下の微粒な鉱石粉を炭
材によりトンネル炉で粗還元した後、これをＨ２を含む
ガス中で熱処理して製造されている。このような方法は
鉱石粉が微粒のため、鉱石の高品位化と粗還元鉄の粉砕
は容易で、しかも鉄粉の成形性を劣化させずに行うこと
ができるが、流動層還元に比べ鉄粉の生産性が低いとい
う欠点があった。

流動層還元法については、例えばｒ　ＭｅｔａｌＰｒａ
ｇｒｅｓｓＪ　１９５８年３月号９２頁に流動層法の１
つであるＨ−Ｉｒｏｎ法により０．１５ｍｍ以下のマグ
ネタイト系鉱石を粗遺元し、粗還元鉄を粉砕せずにその
まま８２０〜８７０°Ｃの温度で熱処理することによっ
て粉末冶金用鉄粉を製造していた例が記載されている。

その鉄粉は見掛密度２．３０　ｇ　／　ｃ　ｍ’以下、
流動層３０　ｓ　ｅ　ｃ　７５０　ｇ以上と品質が悪く
、高圧縮性鉄粉としては不適である。また、鉄粉にステ
アリン醜亜鉛０．７５％を混合して、成形圧力４．６５
ｔ／ｃｒｒｆで圧粉したものは圧粉密度が６．３６ｇ／
ｃ　ｍ”と著しく劣り、高圧縮性鉄粉とは言えない。

またその鉄粉は微粉（−３２５メツシユ）が３５％と非
常に多いため、粉末冶金用鉄粉として利用するには適当
でなく、前記圧力で成形した圧粉体の焼結晶（１１２１
℃で４５分間Ｈ２中で焼結）の引張強さは１８．９ｋｇ
／ｍｍ’、伸びは１０％と比較的優れているが、焼結時
の寸法変化は−０，３％程度であり、焼結後の寸法精度
が著しく劣り、粉末冶金用鉄粉として事実上利用できな
い状態にある。従って、Ｈ−Ｉｒｏｎ法によるこの鉄−
粉の製造は１９６３年中止きれた。

また従来、粗粒原料を用いた流動層還元も試みられてき
たが高品位化（圧縮性）、成形性などの点で不満足なも
のであった。

以上のように流動層還元によって製造された鉄粉は品質
の優れたものを得ることができず、実用化されていなか
った・ さらに、従来は粗還元鉄を粉末冶金用鉄粉に必要な高成
形性で、かつ高圧縮性を劣化せずに、粉末冶金用粒度に
能率的、かつ歩留よく粉砕する方法が開発されていなか
った。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は従来見られる問題を解決し、圧縮性、成形性を
大幅に改善した高級な粉末冶金用還元鉄粉およびその製
造方法を提案するものである。

本発明は主として粉末冶金用などに用いられる流動層還
元鉄粉およびその製造方法に関するものであり、製鉄業
で使用する通常の焼結用鉄鉱石や鋼板の熱間圧延時に発
生するミルスケールを出発原料とし、必要ならば空気比
重選別や磁選により高品位化する事前処理を行った後、
ガス還元による流動層で粗還元し、その後、必要ならば
粗還元鉄を公知の磁選を経て、粉末冶金用鉄粉に適した
粉砕機により粉砕し、その粉砕粉を高温仕上熱処理（以
下単に熱処理と略す）した後解砕して成る粉末冶金用に
適する流動層還元鉄粉およびその製法を提案する。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の鉄粉は、粒子の表面に新鮮な分離破断面および
／またはクラックを有し、粒子が不規則形状であること
を特徴とする流動層還元鉄粉である。

またこのような還元鉄粉は次の製造方法によって製造す
ることができる。すなわち、鉄酸化物よりも難還元性の
酸化物を合計量で０．３〜３．０重量％含有し、粒径が
Ｏ，ｌ　Ｏ５〜６ｍｍの鉄酸化物原料を流動層で粗還元
し、その粗還元鉄の粉砕工程の少なくとも粉砕の最終段
階で摩擦粉砕型粉砕機を用いて粉砕し、該粉砕粉を９５
０−１１８０℃で熱処理する。

〔作用〕

本発明の鉄粉の特徴として、不規則状であり。

その一部分の粒子表面に破砕によるクラックや破砕され
たことによる凹凸の新鮮な破断（２）を有し、実質的に
８０メツシユ以下の細粒粉である。その粉体は。

ａ）粉体特性： 見掛密度：　２．４〜３．１　ｇ７　ｃｍ”流動層：１
６〜３０ｓｅｃ７５０ｇ ３２５メツシュ以下の微粉量：４〜２９％ｂ）圧粉体特
性 圧粉密度二６．６〜６．８５ｇ／ｃｍ″ラトラー値二０
．５〜１．５％ （鉄粉にステアリン酸亜鉛を１．０％混合後、成形圧力
５ｔ／ｃｔｎ’で圧粉） Ｃ）焼結体特性 引張強さ：　２０〜３０ｋｇ／ｍｒｎ’伸　び：１〜５
％ 衝撃値：　０．５〜３　ｋｇ−ｍ／ｃｍ″（鉄粉に銅粉
１．５％、グラファイト０．５％、ステアリく酸亜鉛１
．０％混合後、成形圧力５ｔ／ｃｒｎ’にて圧粉体を作
成り、ＡＸガス中で１１３０℃で３０分 間焼結したもの） である高級な粉末冶金用流動層還元鉄粉である。

不規則形状について説明する。

ＪＩＳＺ２５００　（１９６８確認）によれば鉄粉の形
状は次のように分類されており、本発明の粒子の形状は
■〜■のいづれにも属さず、■にのみ属するものである
。

■球形粉・・・球形の粒子からなる粉末■粒状粉・・・
球状でないがこれに近い形の粒子からなる粉末 ■海綿状粉・・・多孔質粒子からなる粉末■樹枝状粉・
・・樹枝状形の粒子からなる粉末■板状粉・・・かなり
厚い、平らな粒子からなる粉末■片状粉・・・厚さが他
の部分の寸法にくらべて非常に小さい平板状の粒子から
なる粉末 ■角状粉・・・角張った粒子からなる粉末■針状粉・・
・細い針状の粒子からなる粉末■不規則形粉・・・対称
性を欠く粒子からなる粉末法に、以上の還元鉄粉を流動
層法によって製造する方法について、種々研究したとこ
ろ、次の（イ）、（ロ）の手段が有効であった。

（イ）粗還元鉄を粉末冶金用粒度に粉砕する方法は最も
重要なものの１つであるが、それを明らかにすることが
できた。具体的には、粗還元鉄を摩擦粉砕型粉砕機の１
種類によって、さらに望ましくは、前段で衝撃圧縮粉砕
による粉砕を行い、後段で摩擦粉砕する異機種多段粉砕
によって粉末冶金用粒度まで粉砕することである。

（ロ）粉砕還元粉を９５０〜１１８０℃で高温熱処理す
ることにより密実的粒子に近づき、高圧縮性が達成され
ると同時に、高温熱処理によって成形性が向上する。ま
た高温熱処理のため、鉄粉の脱酸、脱炭も促進される。

以上の知見に基づく本発明方法は、前記粒径の原料粉を
使用し、必要に応じて乾式空気比重選別または／および
磁選等によって、脈石分を０．３〜３．０重量％に低減
し、それをＨ２やＨ２にＣＯを混入したガスによって流
動層にて粗還元した後、粗還元鉄に磁選を施し、その還
元鉄を摩擦粉砕型の粉砕機によって、または前段では衝
撃圧縮粉砕型のひとつである回転円筒型粉砕機による粉
砕を行って、粒度６０〜１５０メツシユの範囲内の各粒
度以上（その粒度の粉砕歩留は６０〜９０％）の粗粒粉
とし、後段ではＴ９擦粉砕型の粉砕機を用いて、異機種
多段粉砕によって、粉末冶金用粒度まで粉砕し、その後
、その粗還元粉をＨ２を含む雰囲気中で９５０〜１１８
０℃の高温下で２０〜１２０分間均熱加熱し、鉄粉粒子
の密度を向上させ、かつ高速度で脱酸、脱炭し、さらに
冷却過程にて脱窒に効果的でない９５０〜１１８０℃の
高温から７００℃まで急冷し、脱窒に有効な７００〜４
５０℃の温度範囲内を好ましくは１０’０／ｍｉｎ以下
の冷却速度で徐冷する。

原料はまず、高純度化のために乾式空気比重選別または
／および磁選によって脈石分を０．３〜３、０重量％に
低減させる。

鉄酸化物より難還元性の脈石分が３．０重量％を超える
と圧縮性が低下する。一方、脈石分が０．３重量％未満
では流動化中に粒子のステッキングが発生し好ましくな
い。

ここで、原料の脈石量を調整するに際して、乾式の空気
比重選別が優れている理由はその方法が工業的であり、
しかも脈石分の低減率が太きいためである。一方、水や
薬品の水溶液を使用する浮遊選鉱法や湿式比重選別、例
えばテーブル比重選別やスパイラル比重選別は水処理や
事後の乾燥プロセスが必要であり経済的でない。

また同様に厳選に関しては、ヘマタイト系の原料に対し
ては対極式磁選機が有効である。その理由はへマタイト
系原料は弱磁性であるため、脈石分の分離には高磁力が
必要であり、対極式磁選機では容易に１２０００ガウス
の磁場が得られる。

マグネタイト系の原料に対してはドラム式磁選機が適当
である。マグネタイト系原料は強磁性のため低磁力で充
分である。磁選には湿式もあるが、湿式磁選は前記の湿
式選別の場合と同様に水処理や乾燥の必要があり問題が
多い、また、静電選鉱も考えられるが、この方法は原料
粒度が微粒なものに有効であり、原料の乾燥状態にも依
存するため、工業的にはメリットが少ない。従って、６
．０〜０．１０５ｍｍの粗粒原料に対する事前処理方法
としては乾式の空気比重選別または／および乾式の磁選
が効果的である。

原料の粒径は０．１０５〜８ｍｍとする。

６．０　ｍ　ｍより粗粒の粉では流動層還元では流動化
しに＜〈、還元も進行しずらい。

一方、Ｏ，１０５ｍｍより細粒になると、流動層に装入
しても還元が完了する前に系外に速やかに排出されるた
めである。

従って、流動層へ装入すべき原料の粒径は、０．１０５
〜６．０ｍｍとし、脈石分は０．３〜３．０重量％とす
べきである。

次に脈石分を低減した原料を流動層に装入するが、その
時の還元ガスはＨ２やＨ２とＣＯとの混合ガス、または
製鉄所で発生するコークス炉ガスや転炉ガスでよく、そ
の還元条件としては６００〜９５０℃の温度下で均熱時
間は１〜１２時間が望ましい、この温度と時間は原料の
粒径や脈石分によって適宜決定すればよいが、脈石分を
除いた還元鉄の還元率が９０％以上であればよく、流動
層還元方法に関しては条件を限定されない、還元率が９
０％未満になると、次工程の熱処理でも’ｒ＊Ｆｅｉの
向上が少なく、良質の粉末冶金用鉄粉が得られないので
好ましくない。

流動層によって還元された還元鉄は粉末冶金用粒度まで
粉砕する必要がある。この粉砕が良質な粉末冶金用鉄粉
を製造する際のキーポイントであ−る０本発明者らはこ
の粉砕について綿密な実験を、行って、その結果摩擦粉
砕方法を採用すればよいことが明らかになった。

粉体の粉砕については、例えば「粉体（理論と応用）」
（丸善、１９６２年１２月２５日発行、第４２５頁）に
よれば、全ての粉砕機は、次の（ＪＬ）、（ｂ）、（ｃ
）、（ｄ）の４つに分類される。

（＆）圧縮粉砕型 （ｉ）　　咀砕型 （ｉｉ）　　旋動型 （ｉｉｉ）回転型 （ｂ）衝撃圧縮粉砕型 （ｉ）　　搗き臼型 （ｉｉ）　　ハンマー型 （ｉｉｉ）流体エネルギー型 （ｉｉ）回転円筒型 （ｃ）剪断粉砕型（回転型） （ｄ）摩擦粉砕型 （ｉ）　　回転型 （ｉｉ）　　旋動型 （ｉ　ｉ　ｉ）遠心力型 （ｉｉ）回転円筒型 以上のうち、（Ｌ）と（Ｃ）とは粗粉砕機のためのもの
であり、本発明の対象外である。　　・まず、１種類（
１段）の粉砕に適する粉砕機の選定について述べる。上
記（ｂ）または（ｄ）の粉砕機により粗還元鉄を粉砕し
たところ、（ｄ）の摩擦粉砕型粉砕機、例えばトップグ
ラインダ。

ローラミル等で粉砕するζ粉末冶金用鉄粉に必要である
成形性（ラトラー値）が著しく向上した。

その理由は、鉄粉粒子形状が不規則状になり１粒子表面
に破砕されたことによる凹凸の破断面を有するためであ
る。従って−、１段粉砕の場合には摩擦粉砕型粉砕機を
選定する。必要がある。

次に、異機種２段粉砕の場合の粉砕機の選定は、高圧縮
性、高成形性を目的に粉砕を実施するが、前段で高見掛
密度にするように偏平に粉砕し、後段でその粉砕粉を摩
擦力で破砕し、−凹凸の破断面を出し、高圧縮性、高成
形性の粉末冶金用鉄粉が得られた。

、この場合、前段では衝撃圧縮粉砕型である回転円筒型
粉砕機が有効であり、その粉砕粉の６０′〜１５０メツ
シユの範囲内の各粒度以上の粗粒（歩留６０〜９０％）
を後段の摩擦粉砕型粉砕機で粉末冶金用鉄粉粒度まで粉
砕すると高圧縮性、高成形性を有する鉄粉を製造するこ
とができる。ここで、前段での粉砕粉のうち、６０〜１
５０メツシユの範囲内の各粒度以上（歩留６０〜９０％
）の粗粒を後段で粉砕すると、鉄粉に対して２゛うのメ
リットがある。　　　　−” すなわち、前段の粉砕で°は粒子内空孔や脈石分の多い
箇所から分断されるので、前段粉砕粉め６０−１５０メ
ツシユの範囲内の各粒度以上の粗粒を後段の粉砕で使用
すると、鉄粉は高見掛密度となり、しかも高純度となる
。しかし、６０′〜１５０メツシユの範囲内の各粒度以
下の細粒を使用すると、鉄粉の見掛密度が低く、脈石分
も多く、これを使用すると高級な粉末冶金用鉄粉が得に
くい。

次に、１段粉砕または２段粉砕した粉末を必要に応じて
磁選機によって脈石分をさらに低減した後、熱処理する
。熱処理すべき粗還元粉は、脈石合計量が０．３〜３．
０重量％含有する鉄酸化物粉を用いるため、流動層還元
後には、鉄酸化物を除く脈石の合計量をＯ４〜４重量％
程度含む、それをＨ２を含むガス中で９５０〜１１８０
℃の高温下で熱処理する理由は次の通りである。

上記脈石量の場合、熱処理温度１１８０℃を超えると、
粉末は焼結によってケーキ状に固着し、再度粉末化する
際に過度な粉砕や、くりかえし粉砕することが必要であ
る。過度な粉砕は粒子に粉砕子を残留させるため、粒子
が硬化し、金型を使用する粉末の成形時に粒子の塑性変
形が進行しずらく、その結果粉末冶金用鉄粉として重要
視される圧縮性が向上しない。従って、原料粉の脈石分
が本発明範囲を超えると圧縮性が低下する。

また、仕上熱処理温度の下限値を９５０℃に定めた理由
は鉄の酸化物を回旋な限り還元し、鉄粉粒子を密実化す
るためである。

仕上熱処理の均熱時間は２０〜１２０分が望ましく、３
０〜９０分がより好ましい、仕上熱処理を終えたケーキ
は解砕し、所望の粒度の鉄粉を得る。ここで、固着ケー
キの解砕性と仕上熱処理の均熱時間との間にも密接な関
係があり、２０〜１２０分間の範囲内で高温側の熱処理
では短い均熱時間とし、低温側では長くすべきである。

なお、本発明での熱処理ではＨ２を含むガス中で行うが
、加熱時間の前半は雰囲気ガスの露点を高くして脱炭を
促進し、加熱の後半は露点を低くして脱酸を促進させる
ことが望ましい。

さらに望ましい脱窒のための熱処理条件について説明す
る。

先ず、脱窒を進行させるＨ２やＡＸガスの露点としては
低い程よく、４０℃以下、望ましくは室温、μ下とする
。露点が４０℃を超えると、水蒸気分圧が上昇して、Ｈ
２分圧が低下し、脱窒速度が低下するからである。木発
明者らの実験によれば、脱窒は高温加熱保持後からの冷
却速度に大きく影響され、１０℃／　ｍ　ｉ　ｎを超え
る冷却速度では脱窒は余り進行せず脱窒が不充分となる
。望ましい脱窒条件として、降温過程において７００℃
から４５０℃までの範囲内を冷却速度１０℃／ｍｉｎ以
下にすれば、脱窒が急速に進行して、充分に脱窒した鉄
粉を得ることができる。

以上の製法によって製造した鉄粉は粉末冶金用として前
記の優れた特性を有する鉄粉となる。

〔実施例〕 鉱石ヤードに貯蔵されていたＭＢＲ鉱石を６ｍｍの篩と
１５０メ、シュの篩によって大量に篩分し、事前処理を
せず、Ｈ２とＣＯとの混合ガスで能力２ｔ／日のパイロ
ットプラント流動層で還元率９２％まで還元して還元鉄
を得た。これを第１表〜第３表に示す比較例ａ　−ｄ、
本発明例Ａ〜Ｄに示した。また、バッチ式の流動層で得
た還元率９０％以上の還元鉄（１回の還元で約３ｋｇ）
を比較例ｅ、実施例Ｅ−Ｋに示した。

実施例Ａ−におよび比較例ａ−ｅの鉄酸化物の性状およ
び流動還元条件を第１表に示した。またそれらの粉砕方
法、熱処理条件、鉄粉の粉体特性を第２表に、圧粉体特
性および焼結体特性を第３表に示した。

実施例Ａ−Ｄ、比較例ａ−ｄでは還元鉄を粉末冶金用鉄
粉に粉砕するための粉砕機および粉砕方法を主に検討し
た。

ｉ２表に示すごとく衝撃圧縮粉砕型の粉砕機を用いた比
較例ａ−ｄでは、第３表に示した圧粉体特性を示し、そ
の鉄粉は表面が滑らかとなり、圧粉密度やラトラーは不
満足であった。従って、焼結体特性を測定するまでもな
かった。

これらに欝し、摩擦粉砕型の粉砕機で粉砕した実施例Ａ
、Ｂおよび前段に衝撃圧縮粉砕型回転円筒タイプの粉砕
機を用い、後段に彦擦粉砕型粉砕機で粉砕した実施例Ｃ
，Ｄでは、鉄粉の粉体特性、圧粉体特性および焼結体特
性は従来の流動層還元鉄粉に見られない良好な特性を示
した。

第１図〜第４図に得られた鉄粉の走査電子顕微鏡写真（
倍率１００倍）を示す、第１図は本発明例である実施例
Ｂを示す０図から明らかなように、摩擦粉砕型粉砕機を
使用して製造した鉄粉は１粒子の一部の表面または全面
が滑らかで不規則状の粒子と、粉砕によるクラックを有
する粒子と、粉砕による凹凸の破断面を有する粒子との
集合から成る。従ってトンネル炉で粗還元して得た賜（
はられた）状の鉄粉やブドウの房状を示すアトマイズ鉄
粉と区別できる。

第２図に示した２投粉砕粉の写真も第１図に示した摩擦
粉砕型粉砕機の１段粉砕の写真と同様である。

鉄粉特性におよぼす脈石分量の影響を主に検討した例と
して比較例ｅと実施例Ｅ−Ｈを掲げた。

比較例ｅのように鉱石中の脈石分量が目標値を超えると
、前記の適切な粉砕機によっても鉄粉の圧粉密度は向上
せず、粉末冶金用鉄粉としては不適である。詳細な検討
の結果、本発明に使用できる鉄酸化物原料の脈石分の上
限は３．０％である。

方、脈石分の合計量が１．１４〜１．７６である実施例
Ｅ−Ｈになると、：５２表に示すごとく、粉末冶金用鉄
粉にふされしい特性を示した。

なお、６ｍｍを超える粗粒鉄酸化物粉は、流動層炉内で
流動化しないため、一方１粒径０．１０５ｍｍ以下の細
粒鉄酸化物粉は流動層炉外に飛び出し、還元率は９０％
以下となり、粉末冶金用還元鉄として不適当のため、鉄
粉特性の測定は実施しなかった。

また、鉄酸化物原料の脈石分の合計量が０．２８％のマ
グネタイト系鉱石（ヤンピー）は還元温度８００℃でス
テッキイングしたので流動化不能と判定し、還元鉄の粉
砕は実施しなかった。

〔発明の効果〕

従来の流動層還元鉄粉は公知文献に見られるように粉末
冶金用鉄粉としては低級品であった。

本発明によると、実施例に示したように、高見掛密度、
高成形性、高強度用鉄粉とすることができるため、粉末
冶金用鉄粉としても高級品に属するものが得られる。ま
た粉末のままで用いる脱酸素用、カイロ等の発熱用、溶
接棒フラッグス用、フレームカッティング川などの多方
面にも使用できる良質な鉄粉である。

またその製造方法も本発明により確立し、安価に製造で
きることとなった。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明で製造した粉末冶金用鉄粉
の走査電子顕微鏡写真、第３図および第４図は比較例の
鉄粉の走査電子顕微鏡写真である。写真のｆａ率はいず
れも１００倍である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　粒子の表面に新鮮な分離破断面および／またはクラ
   ックを有し、粒子が不規則形状であることを特徴とする
   流動層還元鉄粉。 ２　鉄酸化物よりも難還元性の酸化物を合計量で０．３
   〜３．０重量％含有し、粒径が０．１０５〜６ｍｍの鉄
   酸化物原料を流動層で粗還元 し、その粗還元鉄の粉砕工程では少なくとも粉砕の最終
   段階で摩擦粉砕型粉砕機を用いて粉砕し、該粉砕粉を９
   ５０〜１１８０℃で仕上熱処理することを特徴とする流
   動層還元鉄粉の製造方法。