JPS624801A - ロ−タリ−キルンと移動床炉とを併用した鉄鋼粉の仕上熱処理方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、粉末冶金用鉄鋼粉または粉末のままで利用す
る用途に適する鉄鋼粉の仕上熱処理に関し、さらに詳し
くはロータリーキルンと移動床炉とを併用して粗製鉄鋼
粉（以下粗製粉と略す）の脱炭、脱酸、脱窒を効率的に
進める仕上熱処理方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄鉱石やミルスケール等の酸化鉄粉を粗還元して得られ
た粗製粉、溶鋼を水、ガス、油等で噴霧して得られたア
トマイズ粗製粉、切削加工で発生したダライコ粉砕粉、
高炉スラグを粉砕磁選分離した鋳鉄粉などの粗製粉には
、炭素、酸素、窒素等の不純物成分が所定量以上に含有
しているため、適切な装置と熱処理条件とによって仕上
熱処理して、脱炭、脱酸、脱窒を行なっているのが普通
である。

従来、これら粗製粉の仕上熱処理を効率的に行う種々の
提案がなされている０例えば特公昭５７−５８４０１で
は、移動床炉を使用し、粗製粉を水蒸気を含む水素から
なる雰囲気中で加熱して脱炭および脱酸する方法が開示
されており、また特公昭５８−４８２では移動床炉を使
用し、粗製粉を水素からなる雰囲気中で加熱し、加熱の
前半では水分量を多くして脱炭を、そして加熱の後半で
は水分量を少なくして脱酸を積極的に行なう方法が提案
されている。しかし、これらの仕上熱処理では、脱炭お
よび脱酸を優先し、脱窒については余り考慮されていな
いため、最適な熱処理方法とはいえない。

脱窒を積極的に行なう方法として、例えば特開昭５９−
３５６０１に示されているように移動床炉を使用し、粗
製粉を中性あるいは還元性雰囲気中で加熱保持して脱炭
および脱酸を行なったのち、９００〜５５０℃の温度範
囲内を５〜２０’Ｃ！／　ｍ　ｔ　ｎの冷却速度で徐冷
して脱窒を積極的に行なう方法が提案されている。この
方法は前述の特公昭５７−５８４０１および５８−４８
２に記載された従来法に比べて優れた熱処理方法といえ
るが、脱窒に効果的な温度域を考慮せず、加熱保持後の
高温度域から直ちに徐冷するため、熱処理時間が徒に長
くなり、生産性が劣るという欠点を有している。

また、従来法では、生産量を増加するため、移動床炉で
の送り速度を速くすると脱炭、脱酸、脱窒等の１種以上
の効果が不足するため、送り速度を高速化して生産性を
向上させることはできないという問題があった。

また、例えば、特公昭５１，１３０９０では、移動床炉
を用いた熱処理を２回施して極低窒素含有鉄鋼粉を製造
していたが、工程および操作が複雑である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、前記従来法の熱処理方法と装置の問題点を解
決するために提案されたもので、鉄鋼粉の仕上熱処理方
法を検討中に、ロータリーキルンを用いて粗製粉を粉状
のままで、しかも回転しながら、脱窒に有効な温度域で
加熱すると脱窒反応が進行することを見出し、この知見
に基づいて完成された０本発明はローターリ−キルンと
移動床炉とを併用して脱炭、脱酸、脱窒を効率的に進行
させ、生産性を向上させることのできる、鉄鋼粉の仕上
熱処理方法および装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、鉄鉱石あるいはミルスケール等を粗還元して
得た粗製粉、アトマイズ粗製粉、ダライコ粉砕粉、高炉
スラグ粉砕磁選鋳鉄粉等の粗製粉の仕上熱処理において
、粉状、粒状、塊状のいずれかの状態でロータリーキル
ンを用いて４５０℃〜７００℃で処理する工程と移動床
炉を用いて。

７００〜１０００℃の温度範囲で処理する工程を組合せ
、脱炭、脱酸、脱窒な効率的に進行させることによって
、鉄鋼粉の仕上熱処理の生産性を向上する。

また、上記方法を実現するための本発明の装置は移動床
炉の前段および／または後段に外熱式ロータリーキルン
を外気と遮断した導入部を介して接続してなる鉄鋼粉の
仕上熱処理装置である。

本発明で用いるロータリーキルンは間接加熱式の単筒型
あるいは多筒型のいずれでもよいが、生産性および反応
性の面からは多筒型の方が好ましい０間接加熱式とした
理由は、燃料ガスや油の燃焼炎がロータリーキルン内の
粉末に接触しないようにするためであり、管内では水素
を含む雰囲気として脱窒を進行させる。

次に連続式移動床炉について述べる。本発明に用いる移
動床炉はベルト式やプッシャ一式あるいはローラー上を
トレイが移動する形式のものも含まれる。移動床炉では
、粗製粉を水素を含む雰囲気中で７００〜１０００℃に
加熱保持して主に脱炭および脱酸を行なったのち、急冷
または徐冷する。移動床において脱窒を行なうときは徐
冷または均熱が必要であり、移動床炉での脱窒は極低窒
素鉄鋼粉製造等においてロータリーキルンと併朋するこ
とがより効果的である。

次に本発明の装置の詳細を第１図、第２図および第３図
に示した実施例により説明する。

第１図においては、間接加熱式のロータリーキルン３の
下流に移動床炉５を配置し、その間に粉末導入部４を設
け、粉末を送り込む際に大気と接触しないような構成と
している。また移動床５には炉長方向に加熱部７、急冷
部８、徐冷部９を設けている。徐冷部９では加熱または
空冷回走なＷ型、ｖ塾、ストレート型などのラジアント
チューブを設け、必要に応じて、炉内雰囲気を加熱もし
くは冷却が可能な構成としている。

また第２図および第３図においては移動床炉５の後段に
ケーキを破砕するための破砕＠１０を設け、移動床炉５
で処理したケーキ状の鉄粉を破砕機１０で破砕し、その
破砕粉を大気と接触させないでロータリーキルンに送り
込む粉末導入部を設けた構成としている。

〔作用〕

本発明は鉄鋼粉の連続した仕上熱処理においてロータリ
ーキルンと移動床炉を併用することにあるが、ロータリ
ーキルンは移動床炉の前段および／または後段に設ける
ことが可能で、かつロータリーキルンにおいて鉄鋼粉を
粉状、粒状、塊状のいずれかの状態で攪拌して脱窒を促
進させるので、脱炭、脱酸、脱窒の一連の反応を、もっ
とも効率よ〈熱処理することができ、仕上熱処理の生産
性を最大限に高める作用をなす。

一般に鉄鋼粉を粉末冶金用として使用する場合、脱窒が
不十分であると圧縮性や機械的特性が低下するため、適
切な条件〒熱処理して十分脱窒することが必要である。

脱窒反応は鉄鋼粉中の窒素が雰囲気の水素と反応して進
行するため、脱窒を進行させる雰囲気としては、主とし
て水素からなる雰囲気中で露点が４０℃以下、望ましく
は室温以下であることが好ましい、露点が４０℃を超え
ると水蒸気分圧が上昇して、水素分圧が低下し脱窒速度
が低下するため好ましくない。

また、脱窒を効率的に行なうには、脱窒反応が最も進行
する４５０〜７００℃の温度域において、鉄鋼粉を粉状
から塊状の状態で攪拌することが好ましい、したがって
本発明においては、ロータリーキルンの加熱温度を４５
０〜７００℃にして鉄鋼粉を粉状および／または粒状お
よび／または塊状の状態で供給する。加熱温度が４５０
℃未満では鉄鋼粉は固まらず好ましい状態であるが、温
度が低いため、脱窒が不十分となる。一方。

７００℃を超える温度に加熱すると鉄鋼粉が焼結して回
転による攪拌が困難となり、脱窒を効率的に行なうこと
ができないため好ましくない、したがって本発明におけ
るロータリーキルンでの加熱温度は４５０℃以上、７０
０℃以下にする必要がある。なお、加熱保持時間は粗製
粉の窒素含有量に応じて調整する。

移動床炉においては加熱の前半は雰囲気の露点を高くし
て脱炭を、そして加熱の後半は露点を低くして脱酸を進
行させ、また脱窒を行なう時は露点を低くして徐冷する
ことが好ましい、また、脱炭および脱酸を進行させるに
は加熱温度が高いほど好ましいといえるが、１０００℃
を超えると粉末が焼結固化して熱処理後の解砕が困難と
なり歩留りが低下するため、１ｏｏｏ℃以下にする必要
がある。また加熱温度が７００℃未満では熱処理後の解
砕が容易となるものの脱炭および脱酸速度が著しく低下
し、熱処理に長時間を要し効率的でないため、加熱温度
は７００℃以上とする必要がある。したがって本発明に
おける脱炭および脱酸のための加熱温度は７００℃以ト
１ｏｏｏ℃Ｌ下にする必要がある。なお、加熱保持時間
は粗製粉の炭素および酸素含有量に応じて調整する。

移動床炉での脱窒は高温加熱後の徐冷工程で行うが、こ
の脱窒処理はとくに極低窒素含有鉄鋼粉を製造する際に
有効である。

本発明のロータリーキルンと移動床炉とを併用すること
により連続した１回の熱処理で製造を可能としたもので
ある。すなわち、その一つの方法がロータリーキルンで
主として脱窒したのち移動床炉に送り込み、主として脱
炭および脱酸を行なったのち徐冷して再度脱窒を進行さ
せるものである。移動床炉において脱窒を効果的に行な
うには水素を含む雰囲気において露点を４０℃以下とし
て、７００℃から４５０℃までの温度域を１０”Ｏ／　
ｍ　ｉ　ｎ以下の冷却速度で徐冷する。露点が４０℃を
超えると水蒸気分圧が上昇して水素分圧が低下し、脱窒
速度が低下するため好ましくない。また、本発明者らの
実験によれば特開昭Ｇ５９０５２０６に開示したように
脱窒に有効な温度域は４５０〜７００℃、冷却速度は１
０℃／ｍｉｎ以下であることが明らかとなっている。す
なわち：４５０℃未満および７００℃を超える温度域で
は脱窒反応が緩慢となるため、この温度域を徐冷するこ
とは効率的でない、また、冷却速度が１０℃／　ｍ　ｉ
　ｎを超える冷却速度では、脱窒が不十分となるため好
ましくない、したがって、本発明における移動床炉での
脱窒は高温加熱保持後７００℃から４５０℃の温度域を
ｉｏで／ｍｉｎ以下の冷却速度で徐冷することが好まし
い。

〔実施例〕

原料粗製粉として第１表に示すミルスケール粗還元粉を
用い、いずれもＨ２１００容量％の雰囲気において熱処
理した。その結果を第２表に比較例と共に示した。

実施例１は第１図に示す本発明の実施例の装置を用いて
、粗製粉をまずロータリーキルン３において６００℃で
４０分間加熱したのち、移動床炉５に送り込み９００℃
で２０分間加熱したのち冷却したものである。

実施例２は実施例１と同じ粗製粉および雰囲気を用いて
第２に示すロータリーキルンと移動床炉とを併用した実
施例の仕上熱処理炉において粗製粉を移動床炉で加熱し
たのち、破砕してロータリーキルンで熱処理したもので
ある。

実施例３は実施例１および２と同じ粗製粉および雰囲気
を用いて、第３図に示す本発明のロータリーキルンと移
動床炉とを併用した仕上還元熱処理において、粗製粉を
ロータリーキルンで６００℃で４０分間加熱したのち移
動床炉に送り込み９００℃で２０分間加熱したのち、得
られた鉄鋼粉を塊状に破砕して、再びロータリーキルン
に送り込み、６００℃で４０分間加熱したものである。

比較例１は粗製粉を移動床炉において９００℃で２０分
間加熱保持して冷却する従来法による熱処理を施したも
のである。

比較例２は粗製粉を、まずロータリーキルンにおいて４
００℃で４０分間加熱したのち、移動床炉に送り込み９
００℃で２０分間加熱したのち冷却したもので、ロータ
リーキルンにおける加熱温度の低いものの例である。

比較例３は粗製粉をベルト炉で９００℃で２０分間加熱
して冷却したのち、塊状に破砕してロータリーキルンに
送り込み、そこで４００℃で４０分間加熱したものでロ
ータリーキルンにおける加熱温度の低いものである。こ
れに対し実施例２は比較例３と同じ移動床炉で熱処理し
たのち、ロータリーキルンにおいて６００℃で４０分間
熱処理したものである。

いずれの条件で処理したものも、 炭素量が０．００５〜０．００６重量％酸素量が０．３
４〜０．３５重量％ とほぐ一定の値を示し、ロータリーキルンでの加熱は脱
炭、脱酸に影響しないことがわかる。しかじ脱窒はロー
タリーキルンでの加熱温度に大きく影響され、ロータリ
ーキルンにおける加熱温度の低い比較例２では窒素量が
０．００２５重量％と高い値を示し、４００℃の加熱温
度では脱窒が不十分であることがわかる。これに対し実
施例１では窒素量が０．００１４重量％と比較例に比べ
て低い値を示し、実施例２も窒素量がＯ，０ＯＬ３重量
％と低い値を示し、本発明の熱処理方法が脱窒に効果的
であることがわかる。

実施例３の炭素量および酸素量は０．００５重量％およ
び０．３５重量％と実施例１および２とは（同じ値を示
し、ロータリーキルンでの加熱は脱炭および脱酸に影響
しないことがわかる。これに対し窒素量は（１０００５
重量％と本実施例の中でもっとも低い値を示し、本発明
の熱処理方法が脱窒にもっとも効果的であることがわか
る。

ロータリーキルンにおける加熱温度の低い比較例３では
比較例１および２と同様に窒素量が高い。

〔発朋の効果〕

鉄鋼粉の仕上熱処理において、ロータリーキルンと移動
床炉とを併用して、脱炭、脱酸、脱窒を効果的に行なう
ことにより、十分に脱炭、脱酸、脱窒した鉄鋼粉を効率
的に多量に製造することが可俺となり、本発明の鉄鋼粉
の製造方法は工業的に顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例の仕
上熱処理装置の縦断面図である。 １・・・原料鉄鋼粉、２・・・装入ホッパー、３・・・
ロータリーキルン、４・・・導入部、５・・・移動床炉
、６・・・ベルト、７・・・加熱部、８・・・冷却部　
、９・・・徐冷部、ｌＯ・・・破砕機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　鉄鋼粉の仕上熱処理において、ロータリーキルンと
   移動床炉とを接続併用して、該ロータリーキルンでは４
   ５０〜７００℃、移動床炉では７００〜１０００℃の温
   度範囲で脱 炭、脱酸、脱窒を行なうことを特徴とする鉄鋼粉の仕上
   熱処理方法。 ２　移動床炉の前段および／または後段に外熱式ロータ
   リーキルンを外気と遮断した導入部を介して接続してな
   る鉄鋼粉の仕上熱処理装置。