(57)【要約】      （修正有）【課題】従来よりも生産量が多い場合であっても、鉄粉の仕上熱処理にかかる脱炭、脱酸および脱窒反応を、連続的かつ効率的に進めることができる仕上熱処理装置を提供する。【解決手段】仕上熱処理装置を、その鉄粉装入部に、凹凸を有する擦切り板３を設けて、さらに該擦切り板３に駆動装置を設けた構造とする。これにより、鉄粉層２に凹凸をつけることができ、その結果、脱炭、脱酸および脱窒反応をより効果的に行うことができる。【選択図】図１
2014214327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動床の進行方向から順に、鉄粉装入部、脱炭室、脱酸室、脱窒室を備える鉄粉の仕上熱処理装置において、
該鉄粉装入部に、凹凸を有する擦切り板を設け、さらに該擦切り板に駆動装置を設けた鉄粉の仕上熱処理装置。
【請求項２】
移動床の進行方向から順に、鉄粉装入部、脱炭室、脱酸室、脱窒室を備える鉄粉の仕上熱処理装置において、
該鉄粉装入部に、凹凸を有し、かつ回転するローラーを設け、さらに該ローラーの駆動装置を設けた鉄粉の仕上熱処理装置。
【請求項３】
請求項１に記載の駆動装置および擦切り板を備えた鉄粉の仕上熱処理装置を用いる鉄粉の仕上熱処理方法であって、上記仕上熱処理装置に鉄粉を装入するに際し、上記駆動装置を用いて、上記擦切り板を搖動させ、上記鉄粉からなる鉄粉層に凹凸を成形する鉄粉の仕上熱処理方法。
【請求項４】
前記駆動装置を用いて、擦切り板を、上下方向、左右方向および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に揺動させる請求項３に記載の鉄粉の仕上熱処理方法。
【請求項５】
請求項２に記載の駆動装置およびローラーを備えた鉄粉の仕上熱処理装置を用いる鉄粉の仕上熱処理方法であって、上記仕上熱処理装置に鉄粉を装入するに際し、上記駆動装置によって、上記ローラーを、回転させ、さらに上下方向、左右方向および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に揺動させる鉄粉の仕上熱処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末冶金用または粉末のままで利用する用途に適する鉄粉を得るための鉄粉の仕上熱処理方法および仕上熱処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
粉末冶金技術は、複雑な形状の機械部品を、極めて高い寸法精度で生産できるので、その機械部品の製造コストを大幅に低減することが可能である。そのため、粉末冶金技術を適用して製造した各種の機械部品が多方面に利用されている。
【０００３】
上述の粉末冶金に用いられる鉄粉の工業的な製造装置としては、鉄鉱石粉やミルスケール粉の還元装置や、水、ガス、油などの高圧流体を溶湯に噴射するアトマイズ装置、鋼材の切削加工で発生するダライコやショットを粉砕する粉砕装置、高炉スラグや鉄粉を含むダスト類の粉砕と磁選とを組み合せた製造装置などがある。
これらの製造装置では、いずれもまず炭素、酸素、窒素などの不純物が目標とする値より高い粗製鉄鋼粉（以下、粗製粉または単に鉄粉と略す）を製造し、ついで適切な仕上熱処理によって粗製粉の脱炭、脱酸および脱窒を行う。しかし、粉末治金用鉄粉（以下、製品粉ともいう）を得ようとした場合、仕上熱処理における脱炭、脱酸および脱窒が不充分であると、製品粉の圧縮性や、その製品粉を用いた焼結体の機械的特性が向上しないという問題がある。
【０００４】
また、上記粉末治金用鉄粉を、粉末のままで使用する場合であっても、金属鉄の濃度が所望の値より低くなって、目的とする用途に合致しないことが多い。
そこで、従来から、粗製粉の仕上熱処理に供する装置につき種々研究がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１では、油アトマイズ粗製粉を連続式移動床炉の移動床上に供給し、移動床上の粗製粉を非酸化性ガス雰囲気に保った予熱装置内で550〜1200℃に加熱し、ついで非酸化性ガス雰囲気を保った冷却装置内で冷却することによって、脱炭を能率よく行う仕上熱処理装置を開示している。
その際の炉構造は、前記移動床炉の上流側の上方に粗製粉を供給する供給装置と、その供給装置の下流側に設けられた非酸化性ガス供給系に接続した予熱室と、その予熱室の下流側に設けられ脱炭性ガス供給系に接続した脱炭室と、その脱炭室の下流側に設けられ非酸化性ガス供給系に接続した冷却室とから構成した装置であり、また、予熱室と脱炭室との境界や、脱炭室と冷却室との境界、あるいはその両方に、脱炭室のガスが予熱室または冷却室に混入することを防ぐ中空構造のガス流出壁が設けられていることなどが記載されている。
特許文献１にはさらに、脱炭性ガス中に混入した脱炭反応阻害成分を除去しながら、脱炭性ガスを循環使用する装置についても記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、仕上熱処理装置として、磁場と水分とを用いることによって、粗製粉層の通気性を改善し、熱処理の効率を上げる装置が示されている。
【０００７】
さらに、特許文献３には、連続式移動床炉に進行方向に直交する仕切壁を設けて順次脱炭室、脱酸室および脱窒室の３室に分割し、さらに粗製粉充填層の表面に凹凸を形成する装置を該移動床炉の原料入口近傍に配設して、脱窒室に還元ガス流入口を設けると供に、前記各室の仕切壁に前記還元ガスが通り抜けるガス通路と、脱炭室にガス排出口とを設けて、移動床進行方向と逆向したガス流を形成し、さらに、脱炭室の還元ガス流上流側に水蒸気を吹き込む加湿器を付設して、各室内の天井に、室内の雰囲気ガスを攪拌するファンを設けた粗製粉の仕上熱処理装置が記載されている。
加えて、特許文献３は、上記凹凸を形成する装置の充填部擦切り板の下端を水平直線でなく凹凸状とすることによって、粗製粉層の上面を平坦面でなく畝状とし、粗製粉層の表面積を増すことで、粗製粉層の反応効率を高めるという技術を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭58-19401号公報
【特許文献２】特開平9-17002号公報
【特許文献３】特開昭61-284502号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された技術は、脱炭のみ行うものであり、脱炭、脱酸および脱窒の仕上熱処理を連続的に行う装置ではない。また、使用すべき雰囲気ガスの露点については何も記載されておらず、予熱室、脱炭室、冷却室での雰囲気ガスの流れは、各室の圧力差のみで制御しており、各室内でのガス流速を増大させる工夫がされていない。従って、この技術では、鉄鋼粉の脱炭、脱酸および脱窒を連続的に進める仕上熱処理を行うことはできない。
【００１０】
また、特許文献２に示された技術は、従来よりも過剰な水分を必要とするため、反応炉内の露点が過度に上昇し、脱酸反応を効果的に促進することができないという問題があった。
【００１１】
さらに、特許文献３に示された技術は、特許文献１および２と異なり、脱炭、脱酸および脱窒反応を１台で行うことができるものの、鉄粉の安息角が律速となって、鉄粉層の表面積の増加効果は限定的であった。
特に、近年の粉末冶金用鉄粉の需要の高まりに対する増産の要請を満足しようとして、上記特許文献３に記載された技術を用いた場合、脱炭、脱酸および脱窒反応の効果が、前記凹凸を形成する装置を用いない装置のレベルにまで低下してしまうことが、発明者らの検討によって明らかとなった。
【００１２】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、従来よりも生産量の多い場合であっても鉄粉の脱炭、脱酸および脱窒反応を連続的かつ効率的に進めることができる仕上熱処理装置を、その仕上熱処理方法と共に提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．移動床の進行方向から順に、鉄粉装入部、脱炭室、脱酸室、脱窒室を備える鉄粉の仕上熱処理装置において、該鉄粉装入部に、凹凸を有する擦切り板を設け、さらに該擦切り板に駆動装置を設けた鉄粉の仕上熱処理装置。
【００１４】
２．移動床の進行方向から順に、鉄粉装入部、脱炭室、脱酸室、脱窒室を備える鉄粉の仕上熱処理装置において、該鉄粉装入部に、凹凸を有し、かつ回転するローラーを設け、さらに該ローラーの駆動装置を設けた鉄粉の仕上熱処理装置。
【００１５】
３．前記１に記載の駆動装置および擦切り板を備えた鉄粉の仕上熱処理装置を用いる鉄粉の仕上熱処理方法であって、上記仕上熱処理装置に鉄粉を装入するに際し、上記駆動装置を用いて、上記擦切り板を搖動させ、上記鉄粉からなる鉄粉層に凹凸を成形する鉄粉の仕上熱処理方法。
【００１６】
４．前記駆動装置を用いて、擦切り板を、上下方向、左右方向および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に揺動させる前記３に記載の鉄粉の仕上熱処理方法。
【００１７】
５．前記２に記載の駆動装置およびローラーを備えた鉄粉の仕上熱処理装置を用いる鉄粉の仕上熱処理方法であって、上記仕上熱処理装置に鉄粉を装入するに際し、上記駆動装置によって、上記ローラーを、回転させ、さらに上下方向、左右方向および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に揺動させる鉄粉の仕上熱処理方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来よりも生産量の多い場合であっても、効果的に脱炭、脱酸および脱窒された粉末冶金用鉄粉を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に従う仕上熱処理装置の縦断面図である。
【図２】(a)、(b)は、図１に記載の装置に用いる擦切り板の正面図である。
【図３】本発明に従う他の仕上熱処理装置の縦断面図である。
【図４】(a)、(b)は、図３に記載の装置に用いるローラーの正面図である。
【図５】本発明における擦切り板の移動方向を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づき具体的に説明する。
本発明は、従来よりも生産量が多い場合であっても、効果的に脱炭、脱酸および脱窒された製品粉を得ることができる装置と、その装置を用いた鉄粉の仕上熱処理方法であるが、本発明において対象となる鉄粉とは、炭素、酸素、窒素などの不純物が目標とする値より高い粗製粉であって、具体的には、例えば、炭素：0.50mass％、酸素：1.00mass％である。
【００２１】
図１は、本発明に従う連続式ベルト炉であり、移動床１の進行方向から順に、鉄粉装入部（12，13）、脱炭室７、脱酸室８、脱窒室９を備え、さらに、図２(a)、(b)に示した凹凸を有する擦切り板３と、駆動装置（図示せず）とを設けたものである。上記した凹凸を有する擦切り板は、上記鉄粉装入部に設けられている。
【００２２】
図３は、本発明に従う連続式ベルト炉の別形態であり、移動床１の進行方向から順に、鉄粉装入部（12，13）、脱炭室７、脱酸室８、脱窒室９を備えるところまでは上記図１の装置と同じであるが、さらに、図４(a)、(b)に示したような凹凸を有するローラー４を設けている。ここで、上記ローラーは回転するための回転軸が設けられている。
【００２３】
また、ローラー４は、回転するための駆動装置（図示せず）を設けることができる。鉄粉の進行力のみで回転するよりも、効果的に鉄粉層に凹凸をつけることができ、その結果、脱炭、脱酸および脱窒反応をより効果的に行うことができるからである。
【００２４】
ここで、図１に示した駆動装置および擦切り板３を備えた鉄粉の熱処理装置を用いる方法としては、駆動装置を用い、擦切り板を搖動（稼働）させて、上記鉄粉からなる鉄粉層に凹凸を成形する形態が挙げられる。
【００２５】
具体的には、以下の手順が好ましい。
粗製粉12を、原料ホッパー13を介し、移動床１に供給して、図１に示したように、移動床１上で鉄粉からなる鉄粉層とし、凹凸を有する擦切り板３により凹凸状の形状が付与されて装入される。この鉄粉層を、移動床が巻きつけられたホイール14の動きによって連続的に送り、脱炭室７、脱酸室８、脱窒室９を経て、ケーキ状塊（粉砕すると粉末冶金用鉄粉）を出口側シールロール15から排出する。
【００２６】
一方、雰囲気ガスは、ガス導入口５から導入し、排ガスはガス出口６から排出する。なお、粗製粉の加熱は、燃焼用ガスをラジアントチューブ16内で燃焼して行うのが好ましい。
【００２７】
本発明に用いる粗製粉（鉄粉）としては、ミルスケール粗還元粉（炭素量：0.30〜0.60mass％、酸素量：0.80〜1.00mass％）を使用するのが好ましい。そして、熱処理パターンとしては、脱炭ゾーンで900℃程度まで昇温し、脱酸ゾーンでほぼ900℃に保持し、脱窒ゾーンで300℃以下程度に下げ、その後は、炉外で自然冷却とするといった、従来公知の熱処理パターンが適用できる。
【００２８】
さらに、図１に示したように、ガスを単純な加湿器10により露点50℃程度に加湿して、50Nm3/ｈ程度の流量で、ガス導入口から炉内の昇温ゾーン（脱炭ゾーン）に導入し、同時に、乾燥したガスを100Nm3/ｈ程度の流量で、灼熱ゾーン（脱酸ゾーン）と冷却ゾーン（脱窒ゾーン）に導入して、粗製粉を仕上熱処理することが好ましい。
【００２９】
本発明では、上記擦切り板の揺動を、上下方向、左右方向および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に行うことが望ましい。
ここで、上下方向とは、図５に示したように、鉄粉の進行方向に対し高低方向である。一方、左右方向とは、図５に示したように、鉄粉の進行方向に対し水平かつ直角な方向（鉄粉層の幅方向）である。なお、上下左右とは、上記上下方向と左右方向の動きを適宜組合せることである。そして、本発明では、擦切り板が駆動装置によって、揺動するのであるが、この揺動は、上下、左右および上下左右方向のうちから選んだ少なくとも一つの方向に動く反復動作であることが好ましい。
【００３０】
本発明に従うもう一つの実施形態としては、図３に示したように、回転するローラー４を備えた熱処理装置を用いるものである。
具体的には、上記熱処理装置に鉄粉を装入するに際し、上記ローラーが自転するように装入鉄粉に該ローラーを押し付けるものである。
【００３１】
さらに、上記ローラーを備えた鉄粉の熱処理装置に設けられた駆動装置を用いて、上記ローラーを回転させつつ、上記熱処理装置に鉄粉を装入する形態としてもよい。
鉄粉の進行力のみで回転するよりも、効果的に鉄粉層に凹凸をつけることができ、その結果、脱炭、脱酸および脱窒反応をより効果的に行うことができるからである。
【００３２】
また、前記回転を、前記熱処理装置における鉄粉の搬送速度に同期した回転とすれば、さらに効果的に鉄粉層に凹凸をつけることができ、その結果、脱炭、脱酸および脱窒反応をより効果的に行うことができるので好ましい。
【００３３】
加えて、前記駆動装置に対し、前記ローラーを、回転させつつ、さらに上下、水平および左右のうちから選んだ少なくとも一つの動作で揺動させる機能を付加する。この機能により、さらに効果的に鉄粉層に凹凸をつけることができ、その結果、脱炭、脱酸および脱窒反応をより効果的に行うことができるからである。
【００３４】
本発明において、上記に示した以外の鉄粉の仕上熱処理装置の装置構成、および鉄粉の仕上熱処理に係る処理条件は、従来公知の装置構成および条件に従うことができる。
【実施例１】
【００３５】
本実施例は、図１または３に示した装置を用い、表１に示した条件で試験を実施した。なお、比較例として、駆動装置の動きを止めたもの、さらに、平坦形状の擦切り板を用いたものを併せて実施した。
ここで、擦切り板は、図２(a)を使用した。ローラーは、図４(a)を使用し、回転の周速は、搬送速度に同期させた。
上下動は、単位秒当たり５ｍｍの速度でストロークを10ｍｍとした。また、左右動は、単位秒当たり５ｍｍの速度でストロークを10ｍｍとした。さらに、上下左右動は、上記上下動と左右動とを同時に行う動きとした。
【００３６】
かくして得られた製品粉を、赤外線吸収法にて炭素量および酸素量を測定した。測定結果を表１に併記する。
【００３７】
【表１】
2014214327.tif 000003
【００３８】
同表より、本実施例中、本発明に従う発明例は、単位時間当たりの生産量が5.0tに増えても、単位時間当たりの生産量が3.0〜4.5ｔである比較例と同等に、炭素量：0.005mass％以下、酸素量：0.150mass％以下という純度を満足していることが分かる。
加えて、比較例の稼働条件で、単位時間当たりの生産量のみ変更し、単位時間当たりの生産量を5.0t以上にしたところ、炭素量：0.005mass％以下、酸素量：0.150mass％以下という純度を満足できなかった。
【符号の説明】
【００３９】
１  ベルト
２  粗製鉄鋼粉層
３  擦切り板
４  ローラー
５  ガス導入口
６  ガス出口
７  脱炭室
８  脱酸室
９  脱窒室
10  加湿器
11  水蒸気
12  粗製鉄鋼粉
13  ホッパー
14  ホイール
15  シールロール
16  ラジアントチューブ
17  仕切り壁
【図１】
2014214327.tif 000004
【図２】
2014214327.tif 000005
【図３】
2014214327.tif 000006
【図４】
2014214327.tif 000007
【図５】
2014214327.tif 000008