(57)【要約】【課題】生産効率および品質の向上はいうまでもなく、加熱時間や加熱距離を短縮することができる、極めて合理的な鉄粉の熱処理技術を提供する。【解決手段】搬送ベルト上に供給した鉄粉を、加熱炉内に導き、該加熱炉内を水平移動させる間に熱処理を施す鉄粉の熱処理方法において、加熱手段として誘導加熱を利用すると共に、該搬送ベルトとして金属製ベルトを用いる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送ベルト上に供給した鉄粉を、加熱炉内に導き、該加熱炉内を水平移動させる間に熱処理を施す鉄粉の熱処理方法において、加熱手段として誘導加熱を利用すると共に、該搬送ベルトとして金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理方法。
【請求項２】
搬送ベルト上に供給した鉄粉を、加熱炉内に導き、該加熱炉内を水平移動させる間に熱処理を施す鉄粉の熱処理方法において、該鉄粉を半固形状として該搬送ベルトに供給し、加熱手段として誘導加熱を利用すると共に、該搬送ベルトとしてメッシュ状の金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理方法。
【請求項３】
鉄粉を供給するホッパと、該ホッパから供給された鉄粉を載置し、加熱炉内に導く搬送ベルトと、該搬送ベルト上の鉄粉が内部を水平移動する間に熱処理を施す加熱炉を有する鉄粉の熱処理装置であって、該加熱炉の加熱手段として誘導加熱装置を用い、かつ該搬送ベルトとして金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理装置。
【請求項４】
鉄粉を供給するホッパと、該ホッパから供給された鉄粉を載置し、加熱炉内に導く搬送ベルトと、該搬送ベルト上の鉄粉が内部を水平移動する間に熱処理を施す加熱炉を有する鉄粉の熱処理装置であって、該ホッパから該加熱炉までの間に鉄粉の半固形化装置を配置すると共に、該加熱炉の加熱手段として誘導加熱装置を用い、かつ該搬送ベルトとしてメッシュ状の金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄粉の熱処理方法および装置に関し、特に鉄粉に仕上げ熱処理を施す際に、鉄粉の所定温度への速やかかつ均一な加熱、さらには速やかかつ均一な反応を達成しようとするものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄粉の仕上げ熱処理に際しては、例えばフラットなステンレスベルト上に鉄粉を予め薄く敷き（この状態の鉄粉を鉄粉ケーキと呼ぶ場合もある）、加熱炉を通過させる過程で仕上げ熱処理を施すことが一般的である（例えば特許文献１参照）。
また、鉄粉の加熱手段としては、ラジアントチューブバーナーに代表される輻射式加熱手段が用いられることが多い。
【特許文献１】特開昭１−４０８８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、本発明者らの検討によれば、上記した従来技術には、以下のような課題があることが判明した。
すなわち、上記の輻射式加熱手段では、実質的にはバーナー近傍でしか鉄粉ケーキは加熱されず、その加熱速度にムラがあること、またバーナー側の鉄粉ケーキ表面加熱およびそれに伴う鉄粉ケーキ内部の熱伝導による内部加熱という加熱形態のため、鉄粉ケーキの同一断面における温度偏差（温度ムラ）が大きいこと、等の問題があり、これらが生産効率および品質を悪化させる原因となる可能性があった。
また、製造過程における所定のヒートパターンを達成するには、鉄粉ケーキの同一断面における最低温度を所定温度まで上昇させる必要があるが、上述したように鉄粉ケーキの内部は表面と比較して昇温が遅れるため、熱処理炉の炉長が長くなるという設備的な問題もあった。
【０００４】
本発明は、上記の課題を有利に解決するもので、鉄粉を加熱する手段として、誘導加熱方式を活用し、かつ鉄粉の搬送ベルトとして金属製搬送ベルトを用いることにより、生産効率および品質の向上はいうまでもなく、加熱時間や加熱に必要な炉長さを短縮することができる、極めて合理的な鉄粉の熱処理方法を、その実施に用いて好適な熱処理装置と共に提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
さて、本発明者らは、上記の課題を解決するために種々の検討を行った結果、以下に述べる知見を得た。
(1) 鉄粉の熱処理に際しては、当該鉄粉が導電性を有していることから、誘導加熱を利用して鉄粉それ自体を発熱させることにより、速やかに所定温度まで加熱することができる。
(2) 加熱手段として誘導加熱を利用する場合、鉄粉の搬送ベルトとして金属製ベルトを用いれば、この金属製ベルトも誘導加熱により発熱するので、鉄粉ケーキに対して間接的にしかも鉄粉ケーキのベルト側からも加熱することができる。
(3) 鉄粉の熱処理が還元などの反応処理を伴う場合には、鉄粉ケーキへの反応ガスの浸透性を高めるために、メッシュ状の金属製ベルトを用いることが有利である。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【０００６】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．搬送ベルト上に供給した鉄粉を、加熱炉内に導き、該加熱炉内を水平移動させる間に熱処理を施す鉄粉の熱処理方法において、加熱手段として誘導加熱を利用すると共に、該搬送ベルトとして金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理方法。
【０００７】
２．搬送ベルト上に供給した鉄粉を、加熱炉内に導き、該加熱炉内を水平移動させる間に熱処理を施す鉄粉の熱処理方法において、該鉄粉を半固形状として該搬送ベルトに供給し、加熱手段として誘導加熱を利用すると共に、該搬送ベルトとしてメッシュ状の金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理方法。
【０００８】
３．鉄粉を供給するホッパと、該ホッパから供給された鉄粉を載置し、加熱炉内に導く搬送ベルトと、該搬送ベルト上の鉄粉が内部を水平移動する間に熱処理を施す加熱炉を有する鉄粉の熱処理装置であって、該加熱炉の加熱手段として誘導加熱装置を用い、かつ該搬送ベルトとして金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理装置。
【０００９】
４．鉄粉を供給するホッパと、該ホッパから供給された鉄粉を載置し、加熱炉内に導く搬送ベルトと、該搬送ベルト上の鉄粉が内部を水平移動する間に熱処理を施す加熱炉を有する鉄粉の熱処理装置であって、該ホッパから該加熱炉までの間に鉄粉の半固形化装置を配置すると共に、該加熱炉の加熱手段として誘導加熱装置を用い、かつ該搬送ベルトとしてメッシュ状の金属製ベルトを用いることを特徴とする鉄粉の熱処理装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誘導加熱により、鉄粉を直接的かつ間接的に加熱することができるので、鉄粉の高速・高温加熱が可能となり、加熱時間を短縮することができる。
また、本発明によれば、鉄粉ケーキの同一断面における温度偏差を低減することができるため、品質のバラツキを低減でき、ひいては高能率・高品質生産での鉄粉の熱処理が可能となる。
さらに、本発明によれば、効率的な熱処理が可能になるので、加熱炉の加熱距離、すなわち炉長を短くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体的に説明する。
被加熱物である鉄粉を誘導加熱により連続的に加熱する場合、鉄粉を何らかの移送手段により移動させながら誘導加熱装置を通過させる。移送手段としては、フラットベルトでも良いし、スクリューベルト等でも良い。これら移送手段の送り速度を制御することにより生産速度の調整が可能である。勿論、誘導加熱装置の出力を制御することによっても生産速度の調整は可能である。
また、ベルト等の移送手段が導電性のものであれば、ベルト自体も誘導加熱により発熱するため、移送手段は同時に加熱手段ともなり得る。
【００１２】
図１，２に、搬送ベルトによって移送される鉄粉を、誘導加熱で加熱する場合の代表例を示す。図中、符号１が誘導加熱装置、２が鉄粉、３が搬送ベルトであり、２ａで搬送ベルト３上に鉄粉２を薄く敷いた状態すなわち鉄粉ケーキを示す。
通常、鉄粉ケーキ２ａは、図１に示したように、誘導加熱装置１により形成される閉領域、または図２に示したように、開領域の位置関係にて、誘導加熱装置部を通過することになる。また、４は熱電対や放射温度計からなる温度監視装置、５は温度監視位置である。なお、加熱効率の観点からは図１の構成の方が有利である。
【００１３】
加熱パターンを制御するには、求められる加熱パターン精度に応じて、鉄粉ケーキ２ａの温度を、誘導加熱装置１の出側に配置した温度監視装置４にて監視しつつ、それに基づき誘導加熱装置１の出力を調整すればよい。
なお、熱源として燃料ガスの燃焼熱を用いた場含には、燃焼ガス等の処理装置が必要となるが、誘導加熱の場合には、排ガス等の燃焼生成物が発生しないため、排ガス処理装置は不要であり、従って、加熱装置を清浄かつコンパクトにすることができる。
【００１４】
図３に、上記した誘導加熱装置を用いた本発明に従う熱処理装置を、鉄粉の仕上げ熱処理に適用した場合の好適例を模式で示す。
図中、符号６は鉄粉を供給するホッパ、７は加熱炉、８は金属製搬送ベルト、９がベルト搬送用ローラーであり、ホッパ６から供給された鉄粉２は、金属製搬送ベルト８上に載置され鉄粉ケーキ２ａとして加熱炉７内を水平移動する間に熱処理が施される仕組みになっている。
本発明では、加熱手段として誘導加熱装置（図示省略）を用いるので、導電体である鉄粉ケーキ２ａが直接加熱されるだけでなく、金属製搬送ベルト８も加熱されるで、この熱で鉄粉ケーキ２ａは間接的に加熱されることになる。すなわち、本発明によれば、鉄粉ケーキ２ａは、誘導加熱により、直接的かつ間接的に加熱されるため、極めて効率のよい加熱が達成されるのである。
【００１５】
図３に示した熱処理装置を用い、鉄粉をステンレスベルト（幅：1500mm）上に40mmの厚さで敷いて鉄粉ケーキとし、ベルト速度：1.1 m/sの条件で炉内を通過させ熱処理を実施したときの加熱パターンについて調べた結果を図４に示す。
なお、鉄粉ケーキの熱処理における加熱パターンには様々なものがあるが、代表的なパターンとして、加熱炉に入った直後に鉄粉ケーキを、常温から同一断面内における最低温度が900℃になるまで急速に加熱する誘導加熱方式による加熱パターンによって、本発明の効果を検証した。
なお、図４には、比較のため、鉄粉ケーキ加熱手段として従来から広く利用されているラジアントチューブバーナーを用いた輻射加熱方式による加熱パターンも併せて示す。なお、適正な比較を行うため、誘導加熱装置の出力は、加熱帯に設置されているラジアントチューブバーナーの合計発熱量と同等にした。
【００１６】
図４は、鉄粉ケーキを、常温から900℃まで加熱するのに必要な距離であるが、従来の輻射加熱方式では20ｍを必要としたのに対し、本発明の誘導加熱方式ではわずか４ｍですみ、加熱に必要な距離を１／５に短縮することができた。
これは、誘導加熱方式であれば、鉄粉そのものが発熱するため熱損失が小さく加熱効率が良い、等の理由による。また、より高出力・高性能な誘導加熱装置を使用すれば、加熱に必要な距離を４ｍからさらに短縮することも可能である。
【００１７】
次に、図５に、上記した 900℃までの加熱プロセスにおいて鉄粉ケーキの同一断面に発生した温度偏差ΔＴの最大値について調べた結果を、比較して示す。ここに、ΔＴ＝（同一断面内最高温度Ｔhigh）−（最低温度Ｔlow）であり、一般的にＴhighは鉄粉ケーキ表面、Ｔlowは鉄粉ケーキ最下面（ステンレスベルトとの接触面）にて発生する。
同図に示したとおり、従来の輻射加熱方式ではΔＴ1は最大350℃程度まで達したのに対し、本発明の誘導加熱方式ではΔＴ2はわずか50℃程度であり、従来の１／７にまで低減することができた。また、これに伴い、鉄粉ケーキの厚み方向の各位置における昇温パターン差異も大幅に減少するため、厚み方向における品質のバラツキも大幅に低減することができる。
【００１８】
さらに、上記したように、加熱距離を大幅に短縮することが可能となるため、加熱炉の炉長自体も短縮可能となり、これは熱処理炉を新設する場合に、炉殻の建設費を低減できることを意味する。
またさらには、ラジアントチューブ数十〜数百本分の熱量を、誘導加熱装置一台で代替することができるため、加熱装置関係の部品数の大幅な低減、メンテナンスの大幅な軽減、さらには誘導加熱故の容易な電力制御による鉄粉ケーキ温度制御性の向上等、加熱プロセスのみならず、熱処理炉の操業上でも大きなメリットを享受することが可能となる。
【００１９】
ところで、鉄粉の熱処理に際しては、単に加熱するだけでなく、還元などの反応処理を必要とする場合がある。
かような場合には、鉄粉ケーキの表面については反応は進むものの、鉄粉ケーキの裏面側すなわち金属製搬送ベルト８と接する側については反応ガスが浸透しないので、十分な反応処理を達成することができない。
【００２０】
そこで、かような場合には、図６に示すような熱処理装置を用いることが好ましい。
図６において、構成の骨子は前掲図３と共通するので、同一の符号を付して示し、番号10がメッシュ状の金属製ベルト、11が鉄粉の半固形化装置である。
メッシュ状金属製ベルト10は、図７に示すように、多数の孔12を開口させたものである。従って、熱処理が還元などの反応処理を伴う場合には、反応ガスが鉄粉ケーキ裏面側すなわち金属製搬送ベルト側からも容易に浸透するため、満足のいく反応処理を達成することができるのである。
【００２１】
しかしながら、図７に示したように、メッシュ状金属製ベルト10に多数の孔12が開いていると、この孔12から鉄粉が下方に落下してしまう。
そこで、かようなメッシュ状金属製ベルト10を使用する場合には、ホッパ６から加熱炉７までの間に鉄粉２の半固形化装置11を配置し、この装置11により鉄粉２をメッシュ状金属製ベルト10に供給する前に半固形状態すなわち半固形化鉄粉２ｂとすることにより、メッシュ状金属製ベルト10に供給した場合でも該ベルト10の孔12から鉄粉が下方に落下しないようにするのである。
【００２２】
上述したとおり、鉄粉２を、そのままメッシュ状金属製ベルト10上に供給すると、メッシュベルト10の孔12から鉄粉２が下方に落下してしまう。そのため、半固形化装置11により、メッシュベルト10の孔から落ちない程度に、例えば、ローラー等での加圧やヒーター等での加温等による半固形化処理を施すことが重要である。
【００２３】
半固形化装置11としては、図６に示すように、ホッパ６の下部に予備加熱器13を設けた構造とすることができ、この予備加熱器13により、ホッパ６から落下する鉄粉２をメッシュベルト10に達するまでの間に部分焼結させ、半固形化鉄粉２ｂとして供給するものである。
【００２４】
また、半固形化装置11の別例としては、図８に示すように、加熱炉７の入り側に、別途鉄粉の加熱器14を設けたものでもよい。この構造は、ホッパ６から鉄粉２を搬送ベルト15上に供給し、これを加熱炉７に達するまでの間に加熱器14により加熱して半固形化鉄粉２ｂするものである。
【００２５】
なお、反応処理のための反応ガスとしては、還元反応を生じさせる場合には、水素ガスやアンモニアを分解して得られるＡＸガス等が有利に適合する。
また、例えば、脱炭反応を生じさせる場合には、水蒸気（H2O）ガス等が有利に適合する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、機械部品などを粉末冶金で製造する産業や磁性材料用などの焼結製品を製造する産業、あるいは化学反応用鉄粉、カイロ用鉄粉、脱酸素剤用鉄粉など粉末のままで使用される鉄粉を製造する産業などにおいて、熱処理を行う場合に好適に適合するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】誘導加熱装置により形成される閉領域を通過させて鉄粉を加熱する方式を示した図である。
【図２】誘導加熱装置との開領域での位置関係にて、鉄粉を加熱する方式を示した図である。
【図３】本発明に従う熱処理装置を鉄粉の仕上げ熱処理に適用した場合の好適例を示した図である。
【図４】本発明に従う誘導加熱方式および従来の輻射加熱方式を用いて鉄粉ケーキを熱処理したときの加熱パターンを、加熱開始からの距離と鉄粉ケーキ同一断面内の最低温度との関係で比較して示した図である。
【図５】本発明に従う誘導加熱方式および従来の輻射加熱方式を用いて鉄粉ケーキを熱処理したときの鉄粉ケーキの同一断面に発生した温度偏差ΔＴの最大値について調べた結果を、比較して示した図である。
【図６】ホッパの直下に鉄粉の半固形化装置をそなえる本発明に従う熱処理装置の別例を示した図である。
【図７】メッシュ状金属製ベルトの斜視図である。
【図８】加熱炉の直前に鉄粉の半固形化装置を配置した本発明に従う熱処理装置の別例を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  誘導加熱装置
２  鉄粉
２ａ  鉄粉ケーキ
２ｂ  半固形化鉄粉
３  搬送ベルト
４  温度監視装置
５  温度監視位置
６  ホッパ
７  加熱炉
８  金属製搬送ベルト
９  ベルト搬送用ローラー
10  メッシュ状の金属製ベルト
11  鉄粉の半固形化装置
12  孔
13  予備加熱器
14  加熱器
15  搬送ベルト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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