JPH10508823A - 鋼から製造される薄肉一体式酸化鉄構造体及びそのような構造体を製造するための方法 - Google Patents

鋼から製造される薄肉一体式酸化鉄構造体及びそのような構造体を製造するための方法

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JPH10508823A JP8516837A JP51683796A JPH10508823A JP H10508823 A JPH10508823 A JP H10508823A JP 8516837 A JP8516837 A JP 8516837A JP 51683796 A JP51683796 A JP 51683796A JP H10508823 A JPH10508823 A JP H10508823A
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Abstract

(57)【要約】 薄肉一体式酸化鉄構造体、及びそのような構造体を製造するための方法が開示される。構造体は、薄肉鉄含有、好ましくはプレーン鋼構造体を鉄の融点以下の温度で酸化することから得られる一体式酸化鉄構造体を含んで成る。鋼の好ましい壁厚は約 0.3mm以下である。本発明の好ましい酸化鉄は、赤鉄鉱、磁鉄鉱及びそれらの組合せである。本発明の薄肉構造体は、鉄出発構造体と実質的に同じ物理的形状を有する。本発明の薄肉酸化鉄構造体は、広範囲の種類の用途、たとえば気体及び液体流れ分割体、自動車の排気システムの耐腐蝕性成分、触媒担体、フィルター、断熱材及び遮音材に使用され得る。実質的に赤鉄鉱から成る本発明の酸化鉄は、電気的に加熱され得、そして従って、電気的に加熱される断熱材、チャネルを通過する液体及び気体の電気的加熱及び白熱装置のような用途に適用することができる。さらに、磁鉄鉱及び赤鉄鉱の両者を用いる組合せ構造体は二次加工され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 鋼から製造される薄肉一体式酸化鉄構造体及びそのような構造体を製造するため の方法発明の分野 本発明は、鋼から製造される薄肉一体式酸化鉄構造体、及び鋼の熱処理により そのような構造体を製造するための方法に関する。発明の背景 一体式の機械的強度と種々の薄肉形状とを組合せてなる薄肉一体式構造体は、 種々の技術的及び工学的用途を有する。そのような材料のための典型的な用途は 、熱交換体に使用される気体及び液体流分割体、マフラー、種々の化学産業及び 自動車のための放出制御に使用される触媒担体、等を包含する。多くの用途にお いては、その操作環境は、高温で及び／又は腐蝕環境下で効果的である薄肉一体 式構造体を必要とする。 そのような必要条件下で、２種のタイプの耐熱材料、すなわち金属及びセラミ ックが、当業界において使用されて来た。それぞれは種々の欠点を有する。金属 は、機械的に強く、そして種々の壁厚の種々の構造体に比較的容易に形状化する ことができるが、それらは典型的には、高温又は腐蝕媒体（特に、酸性又は酸化 環境）を包含する環境下で良好でない性能を有する。多くのセラミックは、多く の金属よりも良好に、要求温度及び腐蝕環境を耐えることができるが、それらは 、形状化するのに困難であり、金属に比べて低められた強度を有し、そして金属 に比較してのそれらの弱さを補足するためにより厚い壁を必要とする。さらに、 セラミックを製造するため の化学的工程はしばしば、環境的に有害である。そのような工程は、毒性成分及 び廃棄物を含む。さらに、焼結粉末によりセラミック構造体を製造するための通 常使用される方法は、高温及び高圧で材料の所望する密度を提供するために、特 定のサイズの粒子を有するひじょうに純粋な粉末の使用を必要とする困難な製造 方法である。しばしば、その方法は、形成された構造体に亀裂をもたらす。 金属酸化物は、有用なセラミック材料である。特に、それらの高い酸化状態で の酸化鉄、たとえば赤鉄鉱（α−Fe2O3）及び磁鉄鉱（Fe3O4）は、熱的に安定し た耐熱材料である。たとえば、赤鉄鉱は、1400℃以上の温度でを除いて空気中で 安定しており、そして磁鉄鉱の融点は1594℃である。多量でのそれらの酸化鉄は また、典型的な酸性、塩基性及び酸化環境下で化学的に安定している。酸化鉄、 たとえば磁鉄鉱及び赤鉄鉱は、類似する密度を有し、類似する熱膨張率を示し、 そして類似する機械強度を有する。それらの材料の機械的強度は、セラミック材 料、たとえばきん青石及び他のアルミノ珪酸塩の機械的強度よりも卓越している 。赤鉄鉱及び磁鉄鉱は、それらの磁気及び電気性質において実質的に異なる。赤 鉄鉱は、特に非磁気性であり、そして電気的に非導電性である。他方、磁鉄鉱は 、約 575℃以下の温度で強磁性であり、そして高い導電性である（赤鉄鉱よりも 約106倍高い）。さらに、赤鉄鉱及び磁鉄鉱の両者は、環境的に良好であり、こ れにより、環境又は健康の関心が重要である用途のために適切である。特に、そ れらの材料は、アメリカ合衆国OSHA規制により強制される毒物学的又は他の環境 的制限を有さない。 金属酸化物構造体は、金属酸化物粉末（金属粉末に対抗するものとして）及び 強化成分の混合物を供給し、その塊状物を所望する形状に形成し、そして次に、 前記粉末を最終構造体に焼結することに よって従来、製造されて来た。しかしながら、それらの方法は、他の加工セラミ ック材料に関連する欠点のいくつかを包含する多くの欠点を有する。特に、それ らは寸法変化を有し、一般的に、焼結されるべき粉末をパックするために結合剤 又は滑剤を必要とし、そして高い焼結温度で低められた多孔性及び高められた収 縮性を有する。 金属構造体の製造への金属粉末の使用は報告されている。しかしながら、金属 粉末を焼結することによる金属酸化物の形成は、所望であるとは思われていない 。実際、金属粉末の焼結の間、金属酸化物の形成は、金属結合の所望する形成を 妨害する有害効果であると思われる。“酸化及び特に、金属及び非酸化物セラミ ックと酸素との反応は、一般的に、妨げられる必要がある所望しない特徴である と思われている。”Concise Encyclopedia of Advanced Ceramic Materials，R. J.Brook，ed.，Max-Planck-Institut fur Metalfurschung，Pergamon Press，pp 124-25（1991）を参照のこと。 従来技術においては、酸化が従来技術の方法においては不完全であったので、 均等な酸化鉄一体式構造体を製造するために少なくとも一部、鋼出発材料を使用 することは許容されていなかった。さらに、従来技術の方法に従って製造された 酸化鉄の表面層は、鋼本体から容易に剥離する。 鋼の熱処理はしばしば、アニールとして言及されて来た。アニール方法は多様 であり、そしていくつかの鋼の性質を強く改質し、又は改良することさえできる けれども、そのアニールは、鋼の化学組成のわずかな変化のみを伴って起こる。 酸素、特に空気の存在下で、高温で、炭素及び低合金鋼は部分的に酸化され得る が、しかしこの侵入性酸化は一般的には、有害であると思われて来た。そのよう な部分的に酸化された鋼は無能であると思われ、そして“燃焼され た鋼はめったに回収され得ず、そして通常、スクラップされるべきである”こと を教授する、当業界において“燃焼された”ものとして特徴づけられて来た。“ The Making，Shaping and Testing of Steel,”U.S.Steel，10th ed.，Section 3，p.730．及び“Annealing is used to remove thin oxide films from powder s that tarnished during prolonged storage or oxposure to humidity.”，Me tals Handbook，Vol.7，p.182，Powder Metallurgy，ASM（9th Ed．1984）を参 照のこと。 出発金属の酸化により金属酸化物を製造するために１つの試みが、アメリカ特 許第4,713,360 号に記載されている。その特許は、蒸気相酸化体と出発金属との 酸化反応生成物及び場合によっては、出発金属の１又は複数の酸化されていない 構成成分から実質的に成る多結晶性材料を形成するために、溶融された出発金属 の酸化により生成される自立セラミック体を記載する。前記特許は、出発金属及 び酸化体が溶融された出発金属との界面自由エネルギー関係を有する好ましい多 結晶性酸化反応生成物を明らかに形成し、その結果、出発金属が溶融される温度 領域のある部分内で、その多結晶性酸化反応生成物の粒子交点（すなわち粒子境 界又は３−粒子−交点）の少なくともいくらかが溶融された金属の平面又は線状 流路により置換されることを記載する。 前記特許に記載される方法に従って形成された構造体は、金属の酸化の前、溶 融された金属の形成を必要とする。さらに、そのような方法に従って形成された 材料は、当業界において知られている焼結方法に比較して、強度をほとんど改良 していない。元来存在する金属構造体は、その金属が金属酸化物を形成するため に溶融されるべきであるので、維持され得えない。従って、その厚さが特定され ていないセラミック構造体が形成された後、それは最終生成物に形 状化される。 出発材料の酸化により金属酸化物を製造するもう１つの試みは、アメリカ特許 第5,093,178 号に記載される。その特許は、押出し又は巻上を通して金属アルミ ニウムから流れ分割体を形状化し、次にそれを電解質槽中にゆっくり移動させな がら、アニオン性酸化を通して水和化された酸化アルミニウムにそれを転換し、 そして最終的に、それを熱処理によりα−アルミナに転換することによって生成 され得る流れ分割体を記載する。前記特許は、高価であり、そして腐蝕性であり 、且つ環境的に有害である強酸を必要とする扱いにくい電気化学方法を言及する 。その方法は、酸化のための新しい表面を提供するために電解質中への構造体の ゆっくりした移動を必要とし、そして部分的酸化のみを可能にする。さらに、前 記特許の方法の酸化段階は、次に、有用な作業本体を生成するためにさらに処理 されるべき水和化された酸化物を生成する。さらに、前記特許の記載は、アルミ ニウムの処理に制限され、そしてその方法が鉄に適用できることを示唆していな い。また、“Directed Metal Oxidation,”The Encyclopedia of Advanced Mate rials ，vol.1，p.641（Bloorなど.，eds.，1994）も参照のこと。 従って、高い強度のものであり、環境的に良好な方法により効果的且つ安価に 製造され、そして要求温度及び化学的環境下で必要とされるような耐熱性特徴を 付与することができる酸化鉄一体式構造体についての必要性が存在する。要求環 境下で操作することができ、そして種々の形状及び壁厚を有する酸化鉄一体式構 造体についての必要性もまた存在する。発明の目的及び要約 前述の観点から、高い強度を有し、効果的に製造され、そして要 求温度及び化学的環境下で必要とされるような耐熱特徴を付与することができる 酸化鉄一体式構造体（iron oxide monolithic structure）を供給することが本 発明の目的である。要求環境下で操作することができ、そして種々の形状及び壁 厚を有する酸化鉄一体式構造体を供給することが本発明のさらなる目的である。 平面鋼構造体から直接的に酸化鉄構造体を獲得し、そしてその鋼構造体の物理的 な形状を実質的に保持することが本発明のさらなる目的である。 本発明のそれらの及び他の目的は、一体式鉄含有金属構造体（たとえば鋼構造 体）を供給し、そして前記鉄含有構造体を酸化し、そして鉄を酸化鉄に直接的に 転換するために鉄の融点以下の温度で前記鉄含有金属構造体を加熱することによ って製造される、前記鉄含有金属構造体と実質的に同じ物理的な形状を保持する 薄肉酸化鉄構造体により達成される。本発明の１つの態様において、薄肉酸化鉄 構造体は、一体式鉄含有金属構造体（たとえば鋼構造体）を供給し、そして前記 鉄含有構造体を酸化し、そして鉄を赤鉄鉱（hematite）に直接的に転換し、そし て次に、その赤鉄鉱構造体を磁鉄鉱（magnetite）構造体に脱酸素化（de-oxidiz ed）するために、前記鉄含有金属構造体を鉄の融点以下の温度で加熱することに よって製造される。本発明の酸化鉄構造体は、通常の鋼構造体から直接的に製造 され、そしてそれらが製造される通常の鋼構造体の形状を実質的に保持するであ ろう。 本発明の薄肉酸化鉄構造体は、広範囲の種類の用途、たとえば、流れ分割器、 自動車排気システムの耐腐蝕性部品、触媒担体、フィルター、断熱材、及び遮音 材に使用され得る。磁気性であり且つ導電性である磁鉄鉱を主に含む本発明の酸 化鉄構造体は、電気的に加熱され得、そして従って、電気的に加熱される断熱、 チャネルを通して流れる液体及び気体の電気的な加熱、及び空気中で安定してい る白熱装置に適用できる。さらに、磁鉄鉱及び赤鉄鉱の両者を用いる組合せ構造 体は二次加工され得る。たとえば、本発明の材料は、赤鉄鉱絶縁材により取り囲 まれる磁鉄鉱加熱要素に組合され得る。図面の簡単な説明 図１は、円柱状の流れ分割体として形状化され、そして本発明の酸化鉄構造体 を二次加工するための出発材料として有用な典型的な鋼構造体の平面図である。 図２は、円柱状の流れ分割体として形状化された、本発明の酸化鉄構造体の断 面図である。 図３は、座標軸及び示される力の方向を伴って、円柱状の流れ分割体として形 状化された、本発明の酸化鉄構造体の立方体サンプルの断面図である。好ましい態様の詳細な説明 本発明は、鉄含有材料から製造される構造体、たとえば薄く平らな鋼箔、リボ ン、細目網、ワイヤ、等の、酸化鉄、たとえば赤鉄鉱、磁鉄鉱及びそれらの組合 せから製造される構造体への直接的な転換に関する。出発の鉄含有構造体の壁厚 は、重要であり、好ましくは約 0.6mm以下、より好ましくは約 0.3mm以下、及び 最とも好ましくは約 0.1mm以下である。そのような転換を実施するための方法は 、鉄含有材料を所望する構造形状に形成し、そして次に、前記鉄含有出発構造体 と実質的に同じ形状を有する酸化鉄構造体を形成するためにその融点以下の温度 に前記鉄含有構造体を加熱することを含んで成る。酸化は好ましくは、約1536℃ である鉄の融点以下で十分に生じる。赤鉄鉱構造体の形成は好ましくは、約 725 〜約1350℃、及びより好ましくは、約 800〜約1200℃で空気中において生じる。 磁鉄鉱構造体は、鉄含有構造体の磁鉄鉱構造体への直接的な転換により製造さ れ得るけれども、磁鉄鉱構造体は最とも好ましくは、約1420〜約1550℃の温度で 空気中において加熱することにより磁鉄鉱を脱酸素化（de-oxidizing）すること によって得られる。本発明の方法は、それが毒性置換体を含まず、そして毒性廃 棄物を創造しないことにおいて、単純で、効果的で且つ環境的に良好である。 本発明の１つの実質的な利点は、それが酸化鉄の形成のために比較的安く且つ 多くの出発材料、たとえばプレーン鋼を使用できることである。この用途に使用 される場合、プレーン鋼とは、鋼に見出され得る他の置換体を伴って、又はそれ を伴わないで、鉄及び約２重量％以下の炭素を含むアロイを意味する。一般的に 、鉄金属の融点よりも十分に低い熱処理により酸化鉄に酸化され得るいづれの鋼 又は他の鉄含有材料でも、本発明の範囲内である。 本発明の方法は、広範囲の炭素含有率、たとえば約0.04〜約２重量％の炭素を 有する鋼が適用できることが見出された。特に、高い炭素の鋼、たとえばロシア 鋼３（Russian Steel 3）及び低い炭素含有の鋼、たとえばAIST−SAE 1010が本 発明への使用のために適切である。ロシア鋼３は、約97重量％以上の鉄、約２重 量％以下の炭素及び約１重量％以下の他の元素（たとえば約 0.3〜約 0.7重量％ のマンガン、約 0.2〜約 0.4重量％の珪素、約0.01〜約0.05重量％のリン、及び 約0.01〜約0.04重量％の硫黄）を含む。AISI−SAEは、約99重量％以上の鉄、約0 .08〜約0.13重量％の炭素、約 0.3〜約 0.6重量％のマンガン、約 0.4重量％の リン及び約0.05重量％の硫黄を含む。 酸化鉄への出発材料の転換の効率及び完全性を高めるためには、初期構造体は 十分に薄肉であることが重要である。好ましくは、出発構造体は、約 0.6mm以下 の厚さ、より好ましくは、約 0.3mm以下 の厚さ、及び最とも好しくは約 0.1mm以下の厚さである。出発材料は、最終生成 物において所望される実質的にいづれの適切な形でも、たとえば薄箔、リボン、 細目網、メッシュ、ワイヤ、等の形を取ることができる。有意には、本発明の方 法の間に形成される酸化物構造体を維持するためにいづれかの有機又は無機結合 剤又はマトリックスが存在する必要はない。従って、最終生成物の形状及び厚さ の熱安定性、機械的強度及び均一性が、そのような結合剤を組込んでいる生成物 よりもひじょうに改良され得る。 プレーン鋼は約 7.9ｇ／cm3の密度を有するが、赤鉄鉱及び磁鉄鉱の密度はそ れぞれ約 5.2ｇ／cm3及び約 5.1ｇ／cm3である。出発材料の鋼の密度は酸化鉄生 成物の密度よりも高いので、酸化鉄構造体の壁は典型的には、下記例１の表Ｉに 提供されるデータにより示されるように、出発材料構造体の壁よりも厚いであろ う。その酸化物構造体は典型的にはまた、その幅が出発材料構造体の壁厚に相互 関係する内部ギャップを含むことができる。より薄肉の出発構造体は一般的に、 厚肉の出発構造体に比較して、酸化の後、小さな内部ギャップを有するであろう ことが見出された。たとえば、例１の表Ｉから見出されるように、そのギャップ 幅は、厚さ 0.1及び 0.025mmの箔から製造される酸化鉄構造体に関して、それぞ れ0.04及び 0.015mmであった。 構造体の最大表面積が、赤鉄鉱形成の加熱工程の間、酸化雰囲気下に暴露され ることが特に好ましい。本発明の１つの好ましい態様においては、出発構造体は 、図１に示されるように、流れ分割体として形状化された円柱状の鋼ディスクで ある。そのような流れ分割体は、たとえば、自動者の触媒転化器として有用であ る。典型的には、そのディスクは、三角形のセル（メッシュ）を形成する。第２ の鋼波板に隣接する第１の鋼平板を含んで成り、そこでそれらは適 切な直径のディスクを形成するために一緒に巻かれている。ローリングは好まし くは、隣接するシート間に物理的な接触を与えるのに十分な堅さである。他方、 ディスクは、３種の隣接するシート、たとえば異なった三角形のセルサイズを有 する波板と共に、第２の波板に隣接する第１の波板に隣接する平板を含んで成る 。 最とも従来のセラミック方法で形成され得る構造体の大きさは、制限される。 しかしながら、本発明により形成される構造体のためには、有意な大きさの制限 は存在しない。たとえば、本発明において有用であるそのような構成の鋼製流れ 分割体は、炉サイズ、最終生成物の必要条件、及び他の要因に基づいて変化する ことができる。鋼製流れ分割体は、たとえば直径約50〜約100mm及び高さ約35〜 約75mmの範囲である。平板の厚さは約 0.025〜約 0.1mmであり、そして波板の厚 さは約 0.025〜約 0.3mmである。そのような典型的な流れ分割体において平板及 び波板により形成される三角形のセルは、波板を形成するために使用される装置 （たとえば歯形ローラー）の企画及び箔厚に依存して、形成されるべき酸化鉄構 造体のために所望される特定の特徴に合うよう調節され得る。たとえば、0.1mm 〜 0.3mmの厚さの箔に関しては、セルベースは約 4.0mmであり、そしてセルの高 さは約 1.3mmである。0.025〜 0.1mmの厚さの箔に関しては、小さなセル構造体 は、約 1.9〜約 2.2mmのベース及び約 1.0〜約 1.1mmのセルの高さを有する。他 方、0.025〜 0.1mmの厚さの箔に関しては、さらに小さなセル構造体は、約 1.4 〜約 1.5mmのベース及び約 0.7〜約 0.8mmのセルの高さを有する。異なった用途 、又は異なった炉サイズにより、その寸法は上記とは異なる。 酸化雰囲気は、鉄の酸化鉄への転換を可能にするのに十分な酸素の供給を提供 すべきである。特定の酸素量、源、濃度及び供給速度は、出発材料の特徴、最終 生成物のための必要条件、使用される装 置及び加工の詳細に従って調節され得る。単純な酸化雰囲気は空気である。構造 体のシートの両側の暴露は、両側からの酸化の発性を可能にし、それにより、酸 化工程の効率及び均一性を高める。理論により拘束されることは所望しないが、 出発構造体における鉄の酸化は、最とも有望なことには、金属ラテックスからそ れらが酸化される表面への鉄原子の拡散による拡散機構を通して生じると思われ る。この機構は、酸化工程の間、構造体における内部ギャップの形成と矛盾しな い。酸化がシート10の両側から生じる場合、内部ギャップ20は、図２に示される ように、構造体の断面図に見出され得る。 鉄構造体が空気流へのそれらの開放性において異なる領域を含む場合、内部ギ ャップは構造体の最とも開放した領域においてより広いことが見出されており、 これは、酸化が構造体の他の領域でよりも鉄含有構造体の両側上でより均等に生 じ得ることを示唆する。鉄構造体の低い開放領域において、特に、鉄含有構造体 のシート間の接触の点で、ギャップは狭く、又は見えないほどであることが見出 された。同様に、鉄含有ワイヤは、酸化鉄シートに見出され得る内部ギャップに 類似する中央の円柱状のボイドを有する中空酸化鉄管を形成することができる。 鉄（原子量55.85）がFe2O3（分子量159.69）又はFe3O4（分子量231.54）に酸 化される場合、理論的な重量の増加を包含する酸素含有率は、それぞれ、最終生 成物の 30.05％又は 27.64％である。酸化は時間の経過と共に有意に低下する態 様で起こる。すなわち、加熱工程の間の初期では、酸化速度は比較的早いが、し かしその工程が進行するにつれて、有意に遅くなる。これは、生じると思われる 拡散酸化機構と矛盾しない。なぜならば、鉄原子のための拡散路の長さは時間と 共に長くなるからである。赤鉄鉱形成の定量的速度は、加 熱手段、及び鉄含有構造体企画、たとえば箔厚及びセルサイズの詳細のような要 因により変化する。たとえば、平板及び波板から成る 0.1mmの厚さの平らな鋼箔 から製造され、そして上記のような大きなセルを有する鉄含有構造体が約 850℃ で加熱される場合、鉄の40％以上が１時間で酸化され得る。そのような構造体に 関しては、60％以上の鉄が約４時間で酸化され得るが、ところが鉄の赤鉄鉱への 全部（実質的に 100％）の酸化のためには、約 100時間を要する。 鋼出発構造体における不純物、たとえばＰ，Si及びMnは、最終酸化鉄構造体を わずかに汚染する固体酸化物を形成することができる。さらに、本発明の方法へ のアスベスト絶縁層の使用はまた、酸化鉄構造体に不純物を導入する。それらの 要因は、赤鉄鉱及び磁鉄鉱の形成に関しては、それぞれ 30.05％又は 27.64％の 理論的な重量の増率よりもわずかに高い実際の重量の増率を導びくことができる 。不完全な酸化は、赤鉄鉱及び磁鉄鉱の形成に関して、それぞれ 30.05％又は 2 7.64％の理論的な重量の増率よりも低い重量の増率を導びくことができる。また 、磁鉄鉱が赤鉄鉱を酸化することによって形成される場合、赤鉄鉱の不完全な脱 酸素化が、磁鉄鉱の形成に関して、27.64％よりも高い重量の増率を導びく。従 って、実際の理由に関しては、用語、酸化鉄構造体、赤鉄鉱構造体及び磁鉄鉱構 造体とは、本明細書で使用される場合、それぞれ酸化鉄、赤鉄鉱及び磁鉄鉱から 実質的に成る構造体を意味する。 酸素含有率及びＸ線回折スペクトルは、鉄含有構造体からの酸化鉄構造体の形 成の有用なインジケーターを付与する。本発明によれば、用語、赤鉄鉱構造体と は、室温で、実質的に非磁気性であり、且つ実質的に非導電性であり、そして約 29重量％以上の酸素を含む構造体を包含する。赤鉄鉱粉末のための典型的なＸ線 回折データが、下記例１における表IVに示されている。磁鉄鉱構造体とは、室温 で、磁気性であり且つ導電性であり、そして約27〜約29重量％の酸素を含む構造 体を意味する。磁鉄鉱が赤鉄鉱の脱酸素化により形成される場合、赤鉄鉱はまた 、下記例２における表Ｖに示されるＸ−線データに見られるように、最終構造体 に存在する。最終生成物の所望する特徴及び使用に依存して、脱酸素化は、十分 な磁鉄鉱が形成されるまで、進行することができる。 最終構造体に存在する酸化鉄における理論的な酸素含有率に近づくことが所望 される。これは、加熱速度、加熱温度、加熱時間、空気流、及び鉄含有出発構造 体の形状、並びに絶縁層の選択及び取り扱いのような要因を調節することによっ て達成され得る。 赤鉄鉱形成は、好ましくは、鉄の融点（約1536℃）以下の温度、より好ましく は約1350℃以下の温度、さらにより好ましくは約約 725℃〜約1200℃の温度及び 最とも好ましくは約7500℃〜約 850℃の温度でプレーンの鋼材料を加熱すること によって成し遂げられる。約 700℃以下の温度での酸化は、多くの場合、実際的 には遅すぎ、ところが約1400℃以上の温度での赤鉄鉱への鉄の酸化は、酸化反応 の強い発熱性のために、集中した過剰加熱及び融解を回避するために注意した制 御を必要とする。 鉄が赤鉄鉱に酸化される温度は、逆に言えば、得られる生成物の表面積に関連 している。たとえば、約 750℃〜約 850℃での酸化は、1200℃で得られる表面積 よりも約４倍高いBET 表面積を有する赤鉄鉱を生成することができる。 加熱を行なうための適切且つ単純な炉は、従来の対流炉である。従来の対流炉 における空気の出入は、主として、炉の底からである。電気的に加熱された金属 元素が、好ましくは約１℃以内で、構造体に比較的均等な加熱を付与するために 加熱されるべき構造体のまわりで用いられ得る。比較的均等な加熱速度を付与す るためには、 管への均等な加熱を提供することをまた助けることができる、電気的に制御され たパネルが供給され得る。いづれかの特別な炉の設計は、酸化環境及び所望する 温度への加熱が出発材料に付与される限り臨界ではないと思われる。 出発構造体は、その構造体の外寸を合わせるように作用することができるジャ ケット内に配置され得る。たとえば、円柱状のディスクは、ジャケットとして作 用する円柱状石英管内に配置され得る。ジャケットが出発構造体のために使用さ れる場合、絶縁層が出発構造体の外面とジャケットの内面との間に好ましくは配 置される。その絶縁材料は、酸化の間に形成される酸化鉄構造体の外面のジャケ ットの内面への融着を妨げるように作用するいづれかの材料である。アスベスト は適切な絶縁材料である。 取り扱いを容易にするために、出発構造体は炉又は加熱領域に配置され得るが 、ここではまだ炉は冷たいままである。次に、炉が作業温度に加熱され、そして 加熱期間の間、維持される。他方、炉又は加熱領域は、作業温度に加熱され、そ して次に、金属出発構造体が加熱の期間、その加熱領域に配置され得る。加熱領 域が作業温度に高められる速度は臨界ではなく、そして通常、単に炉の設計によ り異なるであろう。約 790℃の作業温度での対流炉を用いての赤鉄鉱の形成のた めには、その炉は１時間当たり約35℃の加熱速度で、約24時間にわたって作業温 度に加熱されることが好ましい。 構造体を加熱するための時間（加熱期間）は、炉の設計、空気（酸素）流の速 度、及び出発材料の重量、壁厚、形状、大きさ、及び開放断面のような要因によ り異なる。たとえば、対流炉において、約 0.1mmの厚さの平らな鋼箔からの赤鉄 鉱の形成に関しては、約１日以下、及び最とも好ましくは約３〜約５時間の加熱 時間が、約20mmの直径、約15mmの高さ及び約５ｇの重量の円柱状ディスク構造体 のために好ましい。より大きなサンプルのためには、加熱時間はより長くなるべ きである。たとえば、対流炉におけるそのような平らな鋼箔からの赤鉄鉱の形成 に関しては、約10日以下の及び最とも好ましくは約３〜約５日間の加熱時間が、 約95mmの直径、約70mmの高さ及び約1000ｇまでの重量のディスク構造体のために 好ましい。 加熱の後、構造体は冷却される。好ましくは、加熱が炉において止められ、そ して構造体が約12〜15時間にわたって、周囲温度下で炉の内部の冷却を単純に可 能にされる。冷却は、酸化鉄構造体の統合性及び機械的強度に対してのいづれか の悪影響を最少にするために、急速であるべきではない。酸化鉄構造体の急冷は 通常、回避されるべきである。 本発明の一体式赤鉄鉱構造体は、下記例における表III及びVIに見出されるよ うに、著しい機械的強度を示した。流れ分割体として形状化された赤鉄鉱構造体 のためには、小さなセルサイズ及び厚い壁厚を有する構造体は、最高の強度を示 す。表III及びVIに見出されるように、それらの２つの特徴のうち、一次強度の 増強が、壁厚ではなく、セルサイズに由来するように思える。従って、本発明の 赤鉄鉱構造体が、大きな開放断面を有する光の流れ分割体としての使用のために 特に所望される。 本発明のモノリスの特に有望な用途は、自動車触媒変換器におけるセラミック 支持体としてである。現在の産業基準は、約0.17mmの壁厚、65％の開放断面、及 び約0.3MPaの制限強度を有する（但し、薄塗膜は有さない）コージェライト流れ 分割体である。たとえば、P.D.Strom など.，SAE Paper 900500，p40-41，“Rec ent Trends in Automotive Emission Control,”SAE（Feb.1990）を参照のこと 。下記表Ｉ及びIIIに見出されるように、本発明は、薄い壁（約0.07mm）、高い 開放断面（約80％）、及びコージェライト生成物に比較し て２倍の限界強度（約 0.5〜約0.7MPa）を有する赤鉄鉱流れ分割体を製造するた めに使用され得る。薄い壁、たとえば0.07〜約 0.3mmの薄い壁を有する赤鉄鉱流 れ分割体が、本発明により得られる。 本発明の磁鉄鉱構造体を形成するための好ましい方法は、上記のように、まず 、鉄含有構造体を赤鉄鉱に転換し、そして次に、その赤鉄鉱を磁鉄鉱に脱酸素化 することを含んで成る。出発構造体の赤鉄鉱への酸化の後、その赤鉄鉱は、約13 500℃〜約1550℃で加熱することによって、磁鉄鉱に脱酸素化され得る。場合に よっては、赤鉄鉱構造体を形成するために加熱した後、その構造体は、赤鉄鉱の 磁鉄鉱への脱酸素化の前、その構造体の実際の取り扱いのために所望される場合 、室温で又は室温以上の温度に冷却され得る。他方、赤鉄鉱構造体は、磁鉄鉱へ の脱酸素化の前、冷却される必要はない。 赤鉄鉱を磁鉄鉱に脱酸素化するために十分な加熱時間は、一般的に、初期材料 を赤鉄鉱に酸化するための十分な期間よりもより短い。好ましくは、上記のよう に赤鉄鉱構造体の使用のためには、磁鉄鉱構造体への脱酸素化のための加熱時間 は、約24時間以下であり、そしてほとんどの場合、適切な磁鉄鉱を含む構造体を 形成するためには、より好ましくは、約６時間以下である。脱酸素化のためには 、約１時間以下の加熱時間で、多くの場合、十分である。 単純な脱酸素雰囲気は空気である。他の有用な脱酸素雰囲気は、窒素に富んで いる空気、純粋な窒素（又はいづれかの適切な不活性ガス）、又は真空である。 還元剤、たとえば一酸化炭素の存在は、脱酸素化反応の効率を助けることができ る。 磁鉄鉱構造体はまた、酸化雰囲気下で鉄含有構造体を加熱することによって、 鉄含有構造体から直接的に形成され得る。最終生成物における赤鉄鉱の実質的な 存在を回避するためには、鉄含有構造体の磁鉄鉱への直接的な転換のための好ま しい作業温度は、約1350〜 約1500℃である。酸化反応は強い発熱性であるので、局部の領域の温度が約1536 ℃の鉄の融以上に上昇し、構造体の局部の溶融をもたらす有意な危険性が存在す る。磁鉄鉱への赤鉄鉱の脱酸素化は吸熱性であるので、鋼の磁鉄鉱への発熱性酸 化とは異なって、局在化された溶融の危険性は、鉄が最初に、赤鉄鉱に酸化され 、そして次に、磁鉄鉱に脱酸素化される場合、最少にされる。従って、約1200℃ 以下の温度で赤鉄鉱構造体への鉄含有構造体の酸化、続いての、赤鉄鉱の磁鉄鉱 への脱酸素化による磁鉄鉱の形成は、好ましい方法である。 本発明の薄肉酸化鉄構造体は、広範囲の種類の用途に使用され得る。得られる 比較的高い開放断面領域が、触媒担体、フィルター、断熱材及び遮音材として生 成物を有用なものにすることができる。 本発明の酸化鉄、たとえば赤鉄鉱及び磁鉄鉱は、種々の用途、たとえば気体及 び流体流分割体；自動車の排気システムの耐腐蝕部品、たとえばマフラー、触媒 転換器、等；構造材料（たとえばパイプ、壁、天井、等）；フィルター、たとえ ば水の精製、食品、医薬品及び加熱により再生され得る粒状物のためのフィルタ ー；高温環境（たとえば炉）及び／又は化学的に腐蝕性の環境における断熱材； 及び遮音材に有用である。電導性である本発明の酸化鉄、たとえば磁鉄鉱は、電 気的に加熱され得、そして従って、電気的に加熱された断熱材、チャネルを通過 する液体及び気体の電気的加熱、及び白熱装置に適用できる。さらに、磁鉄鉱及 び赤鉄鉱の両者を用いての組合せ構造体は二次加工され得る。たとえば、赤鉄鉱 絶縁体により囲まれる磁鉄鉱加熱要素に本発明の構造体を組合すことは可能であ る。 次の例は、本発明を例示するものである。 例１ 円柱状の流れ分割体の形状での一体式赤鉄鉱構造体を、下記のようにして、平 らな鋼から製造される構造体を空気中において加熱することによって二次加工し た。５種の異なった鋼構造体サンプルを形成し、そして次に、赤鉄鉱構造体に転 換した。５つの試験についての構造体の性質及び加工条件が、表Ｉに示されてい る。 サンプル１について実施される方法の詳細は、下記に与えられている。サンプ ル２〜５を、類似する態様で形成し、そして試験した。 サンプル１のために、約92mmの直径及び76mmの高さを有する、図１に示される ものと類似する円柱状の流れ分割体を、２つの鋼板から構成し、個々は 0.025mm の厚さ（AISI-SAE 1010）を有し、１つは平らであり、そして波形である。鋼の 波板は、2.15mmのベース及び1.07mmの高さを有する三角形のセルを有した。その シートは、物理的な接触が隣接する平板と波板との間で作られるよう十分にきつ く巻かれている。巻き取った後、追加の鋼平板が、取り扱いを容易にするために 構造体の外側の層のまわりに配置された。構造体の最終重量は約 273.4ｇであっ た。 鋼構造体を、約１mmの厚さのアスベルトの絶縁シートに包み、そして構造体の 外寸を調節するためのジャケットとして作用する円柱状の石英管にきつく配置し た。次に、鋼構造体を含む管を、対流炉におけるセラミック支持体上に室温で配 置した。そのセラミック支持体は、サンプル上のいづれの点でも、約１℃ほど異 なる均等な作業温度で鋼サンプルを維持した。サーモカップルを用いて、サンプ ル温度の均等性をモニターした。 炉にサンプルを配置した後、その炉を、約790℃の作業温度に、１時間当たり 約35℃の加熱速度で約22時間、電気的に加熱した。次に、サンプルを、周囲の空 気雰囲気下で約96時間、約790℃で維持した。特別な配置は、炉内の空気の流れ に影響を与えなかった。約 96時間後、炉における加熱を止め、そして炉を、約20時間にわたって室温への冷 却を可能にした。次に、石英管を炉から取り除いた。 酸化鉄構造体を石英管から容易に分離し、そしてアスベスト絶縁体の痕跡を、 研磨手段により酸化鉄構造体から機械的に除去した。 構造体の重量は約 391.3ｇであり、これは約30.1重量％の重量増加（酸素含有 率）に相当した。30.05％の理論的限界以上のひじょうにわずかな重量の上昇は 、アスベスト絶縁体に起因する不純物によると思われた。構造体から製造された 粉末についてのＸ−線回折スペクトルは、表IVに示されるように、標準の赤鉄鉱 スペクトルとの卓越した一致を示した。構造体は一般的に、出発鋼構造体の形状 を保持した。但し、高められた壁の厚さのために三角形のセルのいくらかの変形 が存在した。赤鉄鉱構造体においては、隣接する鋼板間のすべての物理的接触は 、内部的に融着され、見えない亀裂又は他の欠損を有する一体式構造体を生成す る。赤鉄鉱構造体の壁の厚さは、表Ｉに示されるように、約0.07〜約0.08mmであ り、そして約80％の開放断面を有した。顕微鏡下で見られる、構造体の種々の断 面の切れ目において、それぞれは数ダースのセルを含み、約0.01〜約0.02mmの内 部ギャップがほとんど常に見られた。BET 表面積は約0.1ｍ2／ｇであった。 赤鉄鉱構造体は、通常の磁石で調べられる場合、非磁気性であった。さらに、 その構造体は、次の試験下では、電気的に導電性ではなかった。約５mmの直径及 び約10mmの長さを有する小さなロッドを、前記構造体から切断した。このロッド を、電気接触として作用する白金プレートと接触せしめた。約10〜約60ワットを 供給できる電力を、構造体に対していづれの目立った効果も伴わないで、構造体 に適用した。 一体式赤鉄鉱構造体を、表IIに示されるように、硫酸（５及び10 ％水溶液）に、その構造体からの４種のサンプルを配置することによって耐硫化 性について試験した。サンプル１及び２は、最とも外側の表面シートの部分を含 んだ。それらのサンプルは、わずかに微量の絶縁体を含み、そして／又は加熱工 程が止められた場合、不完全に酸化されていた。サンプル３及び４は、構造体の みの内部部分を含んだ。すべての４種のサンプルに関して、サンプルの表面腐蝕 は、硫酸中に36日間暴露した後でさえ観察されず、そしてその酸に溶解される鉄 の量は、標準の原子吸光分光法により測定される場合、ごくわずかであった。そ れらのサンプルをまた、同じ一体式赤鉄鉱構造体から製造された粉末サンプルに 比較し、Ｘ−線回折分析のために使用される品質に類似する品質に粉砕し、そし て約12日間、硫酸にソークした。さらに１週の暴露の後（一体式サンプルのため には合計43日間、及び粉末サンプルのためには約19日間）、溶解された鉄の量は 実質的に変化しないまま存続し、これは飽和濃度が達成されたことを示唆する。 粉末についての相対的溶解性は、その粉末サンプルの表面積により、一体式構造 体のサンプルよりも高かった。しかしながら、溶解の量及び％は、一体式構造体 及びその構造体から形成される粉末の両者に関して無視できた。 一体式構造体についての表Ｉ及びIIに与えられるデータに基づけば、サンプル のための平均耐腐蝕性は、0.2ｍ／cm2以下であり、これはASM により非腐蝕性で あると思われる。AMS Engineered Materials Reference Book，AMS Internation al，Metals Park，Ohio 1989を参照のこと。 例の赤鉄鉱構造体をまた、次の通りに、機械的粉砕試験にゆだねた。それぞれ 約１″×１″×１″の７個の標準立体サンプルを、構造体からダイヤモンドのこ ぎりにより切断した。図３は、試験されるサンプルの断面図、及び座標軸並びに 力の方向を示す。軸Ａは溝の軸に対して平行であり、軸Ｂは溝の軸に対して垂直 であり、そして平板に対して準平行であり、そして軸Ｃは溝の軸に対して垂直で あり、そして平板に対して準垂直である。粉砕圧力は、表IIIに与えられる。 表Ｉからのサンプル４をまた、Ｘ線粉末回折技法を用いて特徴づけた。表IVは 、赤鉄鉱についての標準の回折データに比較して、Ｘ線粉末回折器HZG-4（Karl Zeiss）を用いて測定される場合のサンプルのＸ線（Cu Kα放射線）粉末スペク トルを示す。表における“ｄ”は、平面間距離を表わし、そして“Ｊ”は相対的 強度を表わす。 例２ 一体式磁鉄鉱構造体を、一体式赤鉄鉱構造体を脱酸素化することによって二次 加工した。その磁鉄鉱構造体は、それが形成される赤鉄鉱構造体の形状、大きさ 及び壁厚を実質的に保持した。 赤鉄鉱構造体を、例１に示される方法と実質的に類似する方法に従って製造し た。赤鉄鉱流れ分割体が製造される鋼箔は約 0.1mmの厚さであった。その鋼構造 体を、約 790℃の作用温度で、約 120時間、炉において加熱した。得られる赤鉄 鉱流れ分割体は、約0.27mmの壁厚及び約29.3％の酸素含有率を有した。 約５mmの直径、約12mmの長さ及び約 646.9mgの重量を有する、赤鉄鉱構造体の 実質的に円柱状の部分を、磁鉄鉱構造体を製造するために軸にそって赤鉄鉱流れ 分割体から切断した。このサンプルを、室温でアランダムるつぼ及び示差熱重量 分析器TGD7000（Sinku Riko，Japan）中に配置した。サンプルを、約1460℃まで 、約10℃／分の速度で空気中において加熱した。サンプルは、約1180℃の温度ま で、合計約 1.2mgの重量（約 0.186％）の増加を得、そして約29.4重量％の酸素 含有率に達した。約1180℃から約1345℃までで、サンプルは測定できる重量の増 加は得なかった。約1345℃以上の温度で、サンプルは重量を失ない始めた。約14 20℃で、強吸熱性効果が、そのスペクトルの示差温度曲線上に見られた。1460℃ で、赤鉄鉱出発構造体に比較される合計の重量の損失は約 9.2mgであった。サン プルを約1460℃で約45分間、維持し、約 0.6mgのさらなる重量の損失をもたらし 、ここで合計の重量の損失は約 9.8mgであった。1460℃で約15分間のさらなる加 熱は、サンプルの重量に影響を及ぼさなかった。次に、加熱を止め、サンプルを 数時間にわたって周囲温度にゆっくりと冷却し（急冷ではない）、そして次に、 分析器から取り出した。 最終生成物の酸素含有率は約28.2重量％であった。この生成物は、初期赤鉄鉱 サンプルの形状及び大きさ、特に壁厚及び内部ギャップを実質的に保持した。赤 鉄鉱サンプルと対照してみると、最終生成物は、通常の磁石により調べられる場 合、磁気性であり、そして導電性でもあった。表Ｖに示されるように、Ｘ線粉末 スペクトルは、赤鉄鉱の特徴的ないくつかのピークと共に磁鉄鉱の特徴的なピー クを示した。 前記構造体を、サンプル表面をダイヤモンドのこぎりにより清浄し、そのサン プルと電気的接触として作用する白金プレートとを接触せしめ、そして約10〜約 60ワットの電力（約１〜約５アンペアの電流及び約10〜約12ボルトの電位から） を、前記構造体に約12時間にわたって適用することによって導電性について試験 した。この試験時間の間、ロッドは、適用される電力に依存して、赤熱（表面上 ）〜白熱（内部）の白熱光を発した。 表Ｖは、磁鉄鉱についての標準の回折データに比較して、Ｘ線粉末回折器HZG- 4（Karl Zeiss）を用いて測定される場合のサンプルのＸ線（Cu Ka放射線）粉末 スペクトルを示す。表において、“ｄ”は平面間距離を表わし、そして“Ｊ”は 相対的強度を表わす。 例III ２種の赤鉄鉱流れ分割体を、プレーンのロシア鋼３から二次加工し、そして機 械的強度について試験した。サンプルを例１に示されるのと同じ方法を用いて二 次加工した。その鋼板は約 0.1mmの厚さであり、そして両鋼流れ分割体は約95mm の直径及び約70mmの高さを有した。第１の鋼構造体は、約 4.0mmの三角形のセル ベース及び約 1.3mmの高さを有した。第２の鋼構造体は、約 2.0mmの三角形のセ ルベース及び約1.05mmの高さを有した。個々の鋼構造体を約 790℃で約５日間、 加熱した。個々の構造体のための重量の増加率は約29.8重量％であった。個々の 最終赤鉄鉱構造体についての壁厚は、約 0.27mmであった。 赤鉄鉱構造体を、例１に記載されるように機械的粉砕試験にゆだねた。それぞ れ約１″×１″×１″の大きさを有する図３に示されるような立方体のサンプル を、前記構造体からダイヤモンドのこぎりにより切断した。８個のサンプルを、 第１の構造体から取り、そして９個のサンプルを第２の構造体から取った。粉砕 圧力は表VIに示される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，Ｂ Ｙ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ， ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 モルグノフ，ビヤチェスラフ ロシア連邦，117421，モスコー，ウリツァ ノバトロフ 34−３−９ (72)発明者 マイヤソエドフ，セルゲイ ロシア連邦，117607，モスコー，ラメンキ ー 25−３−545 (72)発明者 ブスラエフ，ユリ ロシア連邦，117420，モスコー，ウリツァ プロフソユーズナヤ 43−１−116 (72)発明者 モンタノ，リチャード アメリカ合衆国，バージニア 22043，フ ォールス チャーチ，ゴードン ロード 7300 (72)発明者 シュストロビッチ，アレクサンドル アメリカ合衆国，ニューヨーク 14534, ピッツフォード，ドラル コート ３

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．一体式酸化鉄構造体を製造するための方法であって、一体式鉄含有金属構 造体を供給し、そして前記鉄含有金属構造体を、その鉄含有構造体を酸化し、そ して鉄を酸化鉄に直接的に転換するために鉄の融点以下の温度で酸化雰囲気下で 加熱し、その結果、酸化鉄構造体が前記鉄含有構造体と実質的に同じ物理的形状 を保持することを含んで成る方法。 ２．前記酸化鉄が赤鉄鉱である請求の範囲第１項記載の方法。 ３．前記酸化鉄が磁鉄鉱である請求の範囲第１項記載の方法。 ４．前記酸化鉄が赤鉄鉱及び磁鉄鉱の組合せである請求の範囲第１項記載の方 法。 ５．前記鉄含有構造体がプレーン鋼である請求の範囲第１項記載の方法。 ６．前記鋼が約0.04〜約 2.0重量％の炭素含有率を有する請求の範囲第５項記 載の一体式酸化鉄構造体。 ７．前記鋼がAISI-SAE 1010 である請求の範囲第５項記載の方法。 ８．前記鋼がロシア製鋼３である請求の範囲第５項記載の方法。 ９．前記鋼構造体が約 0.3mm以下の厚さを有する請求の範囲第５項記載の方法 。 10．前記酸化雰囲気が空気である請求の範囲第１項記載の方法。 11．前記鉄含有構造体が、鉄を赤鉄鉱に酸化するために約 725〜約1200℃の温 度で加熱される請求の範囲第１項記載の方法。 12．前記鉄含有構造体が、鉄を赤鉄鉱に酸化するために約 750〜約 850℃の温 度で加熱される請求の範囲第１項記載の方法。 13．前記鉄が、前記鉄含有構造体を赤鉄鉱構造体に転換するため に、まず赤鉄鉱に酸化され、そして次に、前記赤鉄鉱一体式構造体が、前記赤鉄 鉱を磁鉄鉱に脱酸素化するために約1350〜約1550℃の温度で加熱され、その結果 、前記磁鉄鉱構造体が前記赤鉄鉱構造体と実質的に同じ形状、大きさ及び壁厚を 保持する請求の範囲第１項記載の方法。 14．前記赤鉄鉱構造体が、前記赤鉄鉱を磁鉄鉱に脱酸素化するために約1420〜 約1460℃の温度で加熱される請求の範囲第13項記載の方法。 15．前記鉄含有構造体が、前記鉄を磁鉄鉱に酸化するために約1350〜約1500℃ の温度で加熱される請求の範囲第１項記載の方法。 16．一体式赤鉄鉱構造体を製造するための方法であって、プレーン鋼から実質 的に成る構造体を供給し、そして前記プレーン鋼構造体を、その鋼における鉄を 赤鉄鉱に直接的に転換することにより前記プレーン鋼構造体を酸化するために約 725〜約1200℃の温度で、酸化雰囲気下で加熱し、その結果、前記赤鉄鉱構造体 が前記プレーン鋼構造体と実質的に同じ物理的形状を保持することを含んで成る 方法。 17．前記酸化雰囲気が空気である請求の範囲第16項記載の方法。 18．前記プレーン鋼構造体が約 750〜約 850℃の温度で加熱される請求の範囲 第16項記載の方法。 19．一体式磁鉄鉱構造体を製造するための方法であって、プレーン鋼から実質 的に成る構造体を供給し、前記プレーン鋼構造体を酸化するために、約 725〜約 1200℃の温度で酸化雰囲気下で前記プレーン鋼構造体を加熱することによりその プレーン鋼構造体を赤鉄鉱構造体に転換し、その結果、前記赤鉄鉱構造体が前記 プレーン鋼構造体と実質的に同じ物理的形状を保持し、そして次に、磁鉄鉱構造 体が赤鉄鉱構造体と実質的に同じ形状、大きさ及び壁厚を保持する よう、約1350〜約1550℃の温度で、脱酸素化条件下で前記赤鉄鉱構造体を加熱す ることによりその赤鉄鉱構造体を磁鉄鉱構造体に脱酸素化することを含んで成る 方法。 20．前記脱酸素化雰囲気が、空気、窒素に富んでいる空気、実質的に純粋な窒 素及び真空から成る群から選択される請求の範囲第19項記載の方法。 21．前記鉄が、約 750〜約 850℃の温度で前記プレーン鋼構造体を加熱するこ とによって赤鉄鉱に酸化され、そして前記赤鉄鉱が約1420〜約1460℃の温度で前 記赤鉄鉱構造体を加熱することにより磁鉄鉱に脱酸素化される請求の範囲第19項 記載の方法。 22．鉄の融点以下の温度で鉄含有構造体を酸化することにより得られ、そして 前記鉄構造体と実質的に同じ物理的形状を有する一体式酸化鉄構造体。 23．前記酸化鉄が赤鉄鉱である請求の範囲第22項記載の一体式酸化鉄構造体。 24．前記酸化鉄が磁鉄鉱である請求の範囲第22項記載の一体式酸化鉄構造体。 25．前記酸化鉄が赤鉄鉱及び磁鉄鉱の組合せである請求の範囲第22項記載の一 体式酸化鉄構造体。 26．前記鉄含有構造体がプレーン鋼である請求の範囲第22項記載の一体式酸化 鉄構造体。 27．前記鋼が約0.04〜約 2.0重量％の炭素含有率を有する請求の範囲第25項記 載の一体式酸化鉄構造体。 28．前記鋼がAISI-SAE 1010 である請求の範囲第26項記載の一体式酸化鉄構造 体。 29．前記鋼がロシア製鋼３である請求の範囲第26項記載の一体式酸化鉄構造体 。 30．前記鋼構造体が約 0.3mm以下の厚さを有する請求の範囲第26項記載の一体 式酸化鉄構造体。 31．赤鉄鉱、磁鉄鉱及びそれらの組合せから実質的に成る群から選択され、そ して約１mm以下の壁厚を有する酸化鉄から実質的に成る一体式流れ分割体。 32．前記壁厚が約0.07〜約 0.3mmである請求の範囲第31項記載の一体式流れ分 割体。
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