JPS59542B2 - 還元ペレツトを原料とした懐炉用鉄粉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、懐炉用鉄粉、特に粉鉱石およびダストを主原
料とする還元ペレットを原料として製造された懐炉用鉄
粉に関するものである。

最近、鉄粉の酸化熱を利用した懐炉が利用されるように
なつてきた。

このような化学反応熱を利用した懐炉としては、なるべ
く発熱温度が高く、かつ持続時間が長くなることが要望
され、このためには一般にポーラスである還元鉄粉を使
用するか、または緻密で比表面積の小さいアトマイズ鉄
粉にあつては熱処理して粒子表面を活性化したものを使
用してきた。また、全鉄分量が低いと発熱量は低くなる
ため、還元鉄粉、アトマイズ鉄粉とも、従来は、全鉄分
量がなるべく多い方が好ましいと考えられており、懐炉
用鉄粉としては、全鉄分量が９８％以上の高純度の鉄粉
が用いられている。

本発明は、このような懐炉用鉄粉として、高価で高純度
の鉄粉を使用する代りに、直接製鉄法により製造される
還元鉄を原料とした低品位の還元鉄粉を使用したもので
ある。

本発明によれば、全鉄分量が６５〜９５％の低品位の鉄
粉を懐炉へ利用することが可能となり、懐炉用の還元鉄
粉を安価に、かつ工業的に大量に供給することができる
。

ところで、懐炉を実際に製造する際には鉄粉と酸化剤、
保温剤を混合して包装するが、保存後しばらくして袋中
にて鉄粉の酸化と同時に水素が発生し、包装が変形する
ほか荷くずれを起して商品価値が低下する問題がある。

本発明者らは、水素の発生原因を解明し、これに基いて
以下に述べる水素発生防止手段を講じた。先づ本発明に
用いる還元鉄ペレットはロータリーキルンにて製造され
る。

鉄鉱石あるいはダストなど酸化鉄の還元は、添加した炭
材のガス化反応により生じたＣｏガスで次のような反応
式で進行する。ＦｅＯ＋ Ｃｏ→Ｆｅ＋ ＣＯ２・・・
・・・ （１）ＣＯ２＋Ｃ→２ＣＯ・・・・・・ （２
）還元は、１１００℃以下の温度で行われる。

キルンから排出された還元鉄および炭材（コークス）は
クーラ−で冷却された後、磁選される。得られた還元鉄
ペレットは通常約１２ｎ程度の粒度を有し、高炉装入用
あるいはスクラップの代替品として使用されている。還
元鉄ペレットの原料として高品位の鉄鉱石を使用した場
合には、還元鉄の純度は高く全鉄分量、金属化鉄量とも
８５％以上のものが得られるが、高炉ダストなどを原料
とした場合には、全鉄分量６５〜８０％、金属鉄量６０
〜７５％程度のものが得られるにすぎない。

本発明者らは、これらのペレツトをさらに乾燥、粉砕を
行つて懐炉用鉄粉に利用することを創案した。

すなわち、キルンから排出されたペレツトはクーラ一か
水中投入され冷却されるが、本発明では、特にこの還元
ペレツトから水分量を減少するために、還元ペレツトを
強制乾燥し、次いで粉砕を行つて懐炉用鉄粉とする。

本発明の懐炉用鉄粉において水分量を減少させることが
必要な理由は、つぎのように考えられる。

還元鉄粉が再酸化する反応は、酸素と水とが原因となり
、つぎのような反応が考えられる。まとめた式としては
ただし、１Ｆｅ＋＋ビは鉄イオン空孔を示す。

とくに（３），（８）式の反応において鉄がイオン化さ
れると、Ｈ２Ｏが分解してＨ２が生成される可能性があ
る。一般に、懐炉はＨ２ＳＯ４，ＮａＣｌなどの酸化剤
又は酸化促進剤と灰、おがくずなどの保温剤を鉄粉と同
封あるいは別封して製造される。

外装袋は紙の両面または片面に樹脂フイルムをラミネー
トしたものから構成している。したがつて、包装後、破
袋して実際に使用する以前に鉄粉がイオン化あるいは酸
化して、水素を発生すると、ガスが袋内部に充満するた
め、袋が変形するほか、保存時に荷くずれを起すほか、
特大の懐炉を考えた場合には危険すら考えられる。この
水素の発生を防ぐには、上記反応式でもわかるように鉄
粉に含有する水分を減少させれば防止できるものと考え
られる。

実際に懐炉１袋中には数１０ｇｒの鉄粉が使用されるた
め、最大限のことを考えると１００ＣＣ以上の水素の発
生が考えられる。

また、従来懐炉用鉄粉として使われている鉄粉は、その
最終仕上工程で水素を含む雰囲気中で仕上還元処理して
いるため、鉄粉中にわずかではあるが水素を含んでいる
。

一方、本発明による還元鉄ペレツトの場合には、固体炭
材（コークス）による還元処理のみであり（１，２式）
、水素が混入する機会はまつたくない。

つぎに粉砕処理について述べると、なるべく強粉砕して
微粉化することが好ましい。

その理由はつぎのように考えられる。通常、懐炉は外袋
を手でもんで使用される。

このとき、部分的に酸化発熱が起き、まず温度が立上が
り、その後全体が高温になつていく。懐炉としては、発
熱温度が高く、発熱時間が長いほうが好まれる。また立
上がりの温度を保つためには、活性の高い鉄粉が速やか
に反応を起すことが要求される。このことから、粒度が
細かいほうが好ましく、また粉砕処理によつて作られる
ひずみの大きいほうが鉄粉は活性であると考えられる。
以上の理由から強粉砕して微粉化することが必要となる
。本発明では１００メツシユ以下までに微粉砕する。そ
れ以上に粉砕することは、粒子形状が球状化して粒子内
気孔も閉そくしてしまうこと、および粉砕費用もかかり
、かつ取扱いが困難になること等に問題があるためであ
る。さらに純度について記述する。

還元鉄ペレツトを原料として製造された懐炉用鉄粉は、
従来の粉末冶金用鉄粉と異なり、全鉄分量値と金属鉄値
との間にかなり差があり、ＦｅＯあるいはＦｅ３Ｏ４を
かなり含有しているのが特徴である。この未還元酸化鉄
（または一部再酸化鉄）は懐炉用として使用される際の
初期の温度立上がり時に、さらに高次の安定な酸化物へ
変化するものと考えられる。事実、金属化率（金属鉄分
量値と全鉄分量値との比）のそれほど高くない鉄粉であ
つても、大きな発熱を示すことが発見された。なお、高
温加熱、長時間加熱を行うためには全鉄分量の高い値が
必要であることはいうまでもない。

本発明の懐炉用鉄粉は、粉砕後の鉄粉の化学成分が全鉄
分量（Ｔ−Ｆｅ）６５〜９５％、金属鉄分量（Ｍ−Ｆｅ
）６０〜９０％の成分を有し、かつ金属化率９０％以上
、還元減量５％以下より成ることが必要である。

還元減量は、１０５０℃、１ｈｒ１Ｈ２中で加熱したと
きの重量減少率で示され、この温度で還元する酸化物の
酸素あるいは気化成分を示している。

いま、還元減量５％を例にとり、そのほとんどがＦｅＯ
の酸素量で占めたと仮定すると、ＦｅＯ量は ２３％となる。

残りを全部金属鉄とすると７７％となり、このときの全
鉄量は９５％（１８％＋７７％）に相当するので、金属
化率は ′γｒフ になる。

したがつて特許請求の範囲にある金属化率９０％以上に
対して９％の差があり、この分だけ、鉄以外に酸化物あ
るいは気化成分を含有しても良いということになる。

つぎに実施例を示す。

第１表に還元鉄ペレツト（各ペレツトの平均粒度１２ｍ
１Ｌ）から懐炉用鉄粉を得るときの製造条件を示す。

記号Ａ−Ｃは、鉄品位の高い転炉ダストを主体（Ｔ−Ｆ
ｅ６３．８％、コークス配合比２０％、還元温度１２０
０℃）にして製造されたもの、Ｄ，Ｅは、やや品位の悪
い高炉ダスト，スラジ類を主体（Ｔ−Ｆｅ４３．５％、
コークス配合比２０％、還元温度１２００℃）にして、
Ｆ，Ｇは、高品位鉄鉱石を原料（Ｔ−Ｆｅ６７．４％、
コークス配合比２５％、還元温度１２００．Ｃ）として
それぞれ製造されたものである。乾燥条件としては、通
常空冷（または水冷）後自然乾燥する方法がとられてい
るが、この方法で・は金属化鉄の値が低く、水分量を１
〜２％含有するため、本発明の実施例としては、還元ペ
レツトをキルン排出後水中に落下させ、急冷後、重油バ
ーナによる２００′Ｃ，３Ｏｍｍ強制乾燥を行つた。

この方法により水分含有量は０．１％以下となつた。粉
砕条件としては、振動ミルを使用し、Ａは粒度の影響を
みるため−４８メツシユの粗粉とした。Ｂ−Ｇは−１０
０メツシユまで粉砕したもので、Ｂ−Ｇ間には粒度差は
ない。第２表にこのようにして製造された懐炉用鉄粉の
化学成分、金属化率、還元減量（水素雰囲気中１０５０
℃、１ｈｒ加熱による減量）、粒度分布とこれら鉄粉を
実際に懐炉にした際の最高発熱温度を示す。

最高発熱温度の測定はつぎのような方法によつた。

Ａ−Ｇの各鉄粉は内装袋に包み、その周囲を酸化剤で包
囲し、さらに酸化剤の外周を外装袋によつて包囲した懐
炉により試験した。

鉄粉は１５ｇｒとし、酸化剤には、市販のカイロ灰粉末
に５〜１０？の硫酸水溶液１５〜２０９を含浸させて、
ＰＨ値を４．０〜６．０に調整した湿潤カイロ灰を使用
した。内装袋としては、一端が開口し、かつ非通気性合
成樹脂の厚いフイルムから構成し、外装袋は、紙の両面
または片面に多数のピンホールを具える合成樹脂フイル
ムをラミネートしたものから構成した。この懐炉の外装
袋を激しく数分間手でもんで内装袋の鉄粉と外側の酸化
剤とを混合し、このときの最高発熱温度を測定した。最
高発熱温度に対する鉄粉粒度の影響について述べると、
Ａは、−４８メツシユ粉砕の粗粒粉で＋１００メツシユ
を約８０％含んでいる。

Ｂは、１００メツシユ粉砕粉である。ＡとＢとの化学成
分は、ほぼ同じなので、Ａ（５Ｂとの最高発熱温度の差
は、単に粒度だけの影響と考えられる。ＡはＴ−Ｆｅ，
Ｍ−Ｆｅがかなり高いにも拘らず発熱度が低い。したが
つて、粒度として−１００メツシユにする必要がある。
つぎに化学成分の影響としては、Ｂ（５Ｃにおいて、Ｃ
はＢよりＭ−Ｆｅが低く、ＦｅＯが多い。

したがつて金属化率の値が低く、逆に還元減量の値が高
くなつている。このようにＴ−ＦｅとＭ−Ｆｅの差で１
０％以上、金属化率の値が８５％以下になると発熱の効
果が悪くなつている。同じような傾向はＢ，ＣよりＴ−
Ｆｅのやや低いＤ，Ｅにおいても観察される。Ｄ，Ｅは
、Ｂ，Ｃに比較して全体的にやや発熱温度が低い。Ｅに
みられるようにＭ−Ｆｅの値がさらに低く、金属化率の
値が８５％以下を示すものは、発熱の効果がより悪くな
つている。なお、ＤのようにＴ−Ｆｅの値が低くても金
属化率で９０％以上、還元減量の値で５％以下であれば
かなりの発熱効果があるということができる。

一方、高品位の鉄鉱石を原料とした還元ペレツトから製
造した鉄粉は、Ｔ−Ｆｅ，Ｍ−Ｆｅとも高い値が得られ
やすく、特にＦにおいては発熱温度の高い値が得られて
いる。さらに、鉄粉中水分量の影響としては、強制乾燥
し、水分量を０．１％以下にしたＢ，Ｄ，Ｆ鉄粉は、懐
炉を製造した後、長期に保存しても水素の発生はほとん
どなく、袋の変形はまつたく皆無であつた。

以上説明してきたとおり、本発明は、直接製鉄法による
通常の粒度（＋５ｍｍの磁性物で、１６ｍ７７！以上は
造粒の点で経済的ではないので１５ｍ７！Ｌ以下とする
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平均粒度５〜１５ｍｍの還元ペレットを水分０．１
   ％以下に乾燥後、１００メッシュ以下に粉砕した鉄粉か
   らなり、その鉄粉の成分が全鉄分量６５〜９５％、金属
   鉄分量６０〜９０％を含み、かつ金属化率９０％以上、
   還元減量５％以下であることを特徴とする、懐炉用鉄粉
   。