(57)【要約】【課題】バインダを使用しても組成が変化することが少ない金属のブリケットの製造方法を提供する。【解決手段】本発明の金属のブリケットの製造方法は、金属を粉砕する粉砕工程と、金属粉にバインダを添加し、混合するバインダ混合工程と、バインダが混合された金属粉をブリケットにするブリケット成型工程と、前記ブリケットを加熱することによって、前記ブリケット中の前記バインダを分解するバインダ除去工程と、を備える。ブリケット中のバインダを分解するバインダ除去工程を備えるので、ブリケット製品の成分が金属粉の成分から変化することが少ない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属を粉砕する粉砕工程と、
金属粉にバインダを添加し、混合するバインダ混合工程と、
バインダが混合された金属粉をブリケットにするブリケット成型工程と、
前記ブリケットを加熱することによって、前記ブリケット中の前記バインダを分解するバインダ除去工程と、
を備える金属のブリケットの製造方法。
【請求項２】
前記バインダ除去工程の後にさらに、
前記ブリケットを真空雰囲気で加熱して焼成する焼成工程を備えることを特徴とする請求項１に記載の金属のブリケットの製造方法。
【請求項３】
前記バインダはＣ分を含有し、
前記バインダ除去工程において、前記ブリケットを大気雰囲気で加熱することによって、前記ブリケット中の前記バインダを分解すると共に、前記バインダのＣ分を酸化して除去することを特徴とする請求項１又は２に記載の金属のブリケットの製造方法。
【請求項４】
前記バインダは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）であり、
前記バインダ除去工程において、
前記ブリケットを３００℃以上５００℃未満の温度に加熱することを特徴とする請求項３に記載の金属のブリケットの製造方法。
【請求項５】
前記金属が合金鉄であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の金属のブリケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属のブリケットを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気炉などで製造された合金鉄は、鉄鋼の添加剤などに用いられるため、破砕され、篩い分けられる。図６に示されるように、製錬された合金鉄の塊は破砕された後、大サイズ品と例えば−３ｍｍの金属粉からなる小サイズ品とに篩い分けられる。ここで、大サイズ品は製品としてそのまま使用されるが、小サイズ品は細かすぎるので、鉄鋼の添加剤として転炉や電気炉などに添加したとき、集塵機に引っ張られたり（集塵ロス）、鉄溶湯上に浮き上がって溶けず（酸化ロス）にスラグ化する問題がある。
【０００３】
小サイズ品を有効利用するために、合金鉄のメーカは小サイズ品を電気炉に戻して再溶解していた。しかし、小サイズ品を電気炉に戻したとしても、集塵ロスが発生したり、酸化ロスが発生したりするので、再溶解する度に歩留りが低下する。そのうえ、常温の小サイズ品を高温の溶湯に戻すと熱ロスが発生するという問題も生ずる。高融点の合金鉄を精錬するときは、電気炉に戻せる小サイズ品の量にも限りがある。
【０００４】
金属粉からなる小サイズ品をブリケットに成型できるならば、商品化することが可能になる。金属粉をブリケットに成型する方法として、金属粉をバインダで固める方法や、金属粉に廃棄プラスチックを混合し、混練するときに発生する熱で廃棄プラスチックを溶かし、次いで圧縮・成型する方法（特許文献１参照）や、金属の研削切粉を含む凝集体を加圧圧縮して多孔質体を得て、この多孔質体をバインダに浸漬させ、その後、多孔質体を乾燥炉に搬送してバインダを乾燥させる方法（特許文献２参照）が知られている。
【特許文献１】特開平９−２４１７６６号公報（特許請求の範囲参照）
【特許文献２】特開２００５−２９８９４６号公報（特許請求の範囲参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、金属粉にバインダを添加したのでは、バインダが加わった分、ブリケットの組成が金属粉の組成から変化してしまう。たとえ乾燥炉でバインダ中の水分を蒸発させたとしても、バインダの溶質が残存する。例えばバインダがＣ分を含有するとき、バインダを使用した分だけブリケット中のＣ分の量が多くなってしまう。Ｃ分はユーザ側での溶鋼の組成に影響を及ぼすから、Ｃ分の多いブリケットは使用されない。
【０００６】
そこで本発明は、バインダを使用しても組成が変化することが少ない金属のブリケットの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、金属を粉砕する粉砕工程と、金属粉にバインダを添加し、混合するバインダ混合工程と、バインダが混合された金属粉をブリケットにするブリケット成型工程と、前記ブリケットを加熱することによって、前記ブリケット中の前記バインダを分解するバインダ除去工程と、を備える金属のブリケットの製造方法である。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の金属のブリケットの製造方法において、前記バインダ除去工程の後にさらに、前記ブリケットを真空雰囲気で加熱して焼成する焼成工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の金属のブリケットの製造方法において、前記バインダはＣ分を含有し、前記バインダ除去工程において、前記ブリケットを大気雰囲気で加熱することによって、前記ブリケット中の前記バインダを分解すると共に、前記バインダのＣ分を酸化して除去することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の金属のブリケットの製造方法において、前記バインダは、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）であり、前記バインダ除去工程において、前記ブリケットを３００℃以上５００℃未満の温度に加熱することを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の金属のブリケットの製造方法において、前記金属が合金鉄であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、ブリケット中のバインダを分解するバインダ除去工程を備えるので、ブリケット製品の成分が金属粉の成分から変化することが少ない。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、ブリケットの強度が向上するので、搬送時や使用時にブリケットが壊れるのを防止することができる。また、真空雰囲気の加熱なので、高温にしても金属分が酸化するのを防止することができる。
【００１４】
請求項３に記載の発明によれば、バインダの分解後に残存するＣ分をＣＯに酸化し、除去することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明によれば、バインダの強度が上がると共に、ブリケット製品に残存するバインダ中の不純物やＣ分を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態における金属のブリケットの製造方法を説明する。図１は、金属のブリケットの製造方法のフローチャートを示す。本実施形態においては、合金鉄としてフェロバナジウム（ＦＶ）のブリケットを製造する。バナジウムは、鉄鋼の耐熱性を向上させたり、また微量の添加で鉄鋼の強度を飛躍的に向上させたりする効果があるので、転炉などの溶鋼に添加されている。このフェロバナジウムの金属粉をブリケットにする成型方法は今まで知られていない。
【００１７】
まず、ジョークラッシャ、ロールクラッシャなどの破砕機を用いて、電気炉などで製造されたフェロバナジウムの塊を所定の粒度に粉砕する（Ｓ２）。ジョークラッシャ１は、機体に固定される固定刃２と、固定刃２に対向する可動刃３と、を有する。固定刃２と可動刃３との間には、Ｖ字状の破砕空間４が形成される。可動刃３は固定刃２に対して斜め方向に揺動する。破砕空間４の上方から投入されるフェロバナジウムの塊は、固定刃２と可動刃３との間に挟まれ、上方から下方に到る過程で次第に細かく破砕される。
【００１８】
次に、破砕されたフェロバナジウムは、例えば３−２５ｍｍ，３−４０ｍｍの大サイズ品と、３ｍｍ以下の小サイズ品とに篩い分けられる。大サイズ品は、フェロバナジウムの製品として出荷される。フェロバナジウムに限らず、合金鉄を破砕して大サイズ品を得ようとしても、約１０％程度の小サイズ品が発生する。３ｍｍ以下の小サイズ品は、そのままでは製品として出荷できないから、ブリケットに成型される。
【００１９】
次に、小サイズ品は、ロッドミルなどの粉砕機を用いてさらに０．５ｍｍ以下に粉砕される。３ｍｍ以下のままだと、荒すぎてブリケットにしにくい。０．５ｍｍ以下にすることでブリケットに成型し易くなる。ただし、あまり細かすぎると、次工程の混練機内で流動化し、バインダが混じり合いにくくなる。
【００２０】
ロッドミル５は、円筒形のドラム６の中に回転軸方向に沿ってロッドを入れたものである。ドラム６を振動させて、ロッドに運動を与える。ロッドが落下する際の衝撃によってドラム６の中に入れた小サイズ品を粉砕する。
【００２１】
次に、混練機７を用いて、粉砕された金属粉にバインダを添加し、均一に混合する（Ｓ３）。バインダを混合しないと、ブリケットマシーン１１で成型したときのブリケットの成型強度が得られずに、ブリケットが崩れてしまうからである。バインダには、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol, PVA）を用いる。ＰＶＡの示性式は（−ＣＨ2ＣＨ（ＯＨ）−）nである。ＰＶＡを選定したのは、Ｐ分が少なく、不純物として残るものが少なく、バインダとしても強度があるからである。バインダとして頻繁に使用される糖蜜はＰ分が高い。セメントはＳｉＯ2，Ａｌ2Ｏ3の不純物が、ベントナイトはＳｉＯ2の不純物が、消石灰はＣａＯの不純物が残る。これらの不純物は後工程で除去することができない。水ガラスはＮａＯなどのガスが後工程で発生するという問題及びＳｉＯ2の不純物の問題がある。
【００２２】
フェロバナジウムに混合するＰＶＡの量が増えれば増えるほど、ブリケットの成型強度も高くなる。しかし同時に、ＰＶＡ中のＣ分が原因で、ブリケット中のＣ分も増加する。後工程にＰＶＡを分解し、ＰＶＡ中のＣ分を酸化除去する工程があるにしても、Ｃ分が残るのは好ましくない。これらを考慮した上で、ＰＶＡの濃度及び添加量を決定する。
【００２３】
混錬機７は、回転駆動できる回転パン８と、一対の混錬ローラ９と、を有する。回転パン８の上にバインダが添加された金属粉を装入し、回転パン８を回転駆動させるとき、一対の重い混錬ローラ９が金属粉を押し潰しながら転がる。これにより、バインダと金属粉とが混錬される。バインダと金属粉とを混合するためには、混錬機の他に、ドラムの中で攪拌羽根が回転する混合機を用いてもよい。
【００２４】
次に、ブリケットマシーン１１を用いて、バインダが混合された金属粉をブリケットに成型する（Ｓ４）。ブリケットマシーン１１は、孔の空いている一対のロール１２を有する。一対のロール１２間にバインダが混合された金属粉を通すことで、金属粉がブリケットに成型される。一対のロール１２は線接触する。ロール加圧力は９ｔ以上に設定される。
【００２５】
次に、バインダ中の水分を蒸発すべく、ブリケットを乾燥機に入れる（Ｓ５）。乾燥温度は例えば１１０℃で、乾燥時間は例えば４ｈｒである。
【００２６】
次に、ブリケット中のＰＶＡを分解するために、ブリケットを乾燥機に入れたまま大気雰囲気中でさらに加熱する。図２に示されるように、ＰＶＡを大気中で２００℃〜３００℃に加熱するとき、ＰＶＡが分解し始める。ＰＶＡはＣ，Ｏ，Ｈの化合物である。ＰＶＡが分解したとき、ＰＶＡ中のＨ分などは気体となって放出される。しかし、分解後にもＰＶＡ中のＣ分は残留する。このため、この実施形態では、ブリケットを大気雰囲気中で３００℃以上５００℃未満に加熱し、ブリケット中のＣ分をＣＯに酸化して、除去する。３００℃未満であると、ＰＶＡの分解が不十分であり、５００℃以上だとブリケット中のＶ分が酸化してしまう。
【００２７】
大気雰囲気を選定した理由は以下のとおりである。Ａｒ雰囲気では、ＰＶＡが分解する（Ｈなどは除去できる）が、分解後のＣ分が残存する。真空雰囲気では、ＰＶＡが分解する（Ｏ，Ｈは除去できる）が、分解後のＣ分が残存する。ブリケット中にはバナジウム酸化物（Ｖ2Ｏ5）も存在する。真空雰囲気において、バナジウム酸化物の酸素とＣ分とが反応するかどうかを実験したみたところ、反応は起きずに、Ｃ分がそのまま残った。かなりの高温度、高真空にしないと、バナジウム酸化物の酸素と炭素を反応させることができないことがわかった。大気雰囲気では、ＰＶＡの分解後のＣ分が酸化（Ｃ＋Ｏ→ＣＯ）するので、Ｃ分を除去できる。
【００２８】
次に、ブリケットを真空加熱炉に入れて加熱して焼成する（Ｓ６）。ブリケットを大気雰囲気中で加熱しただけだと、成型強度は６０ｋｇｆ程度しか上がらず、強度が不足する。搬送時や使用時にブリケットが壊れる可能性がある。このため、真空加熱炉を用いて、ブリケットを真空雰囲気で高温に加熱して焼成する。ブリケットは高温に加熱されるので、真空雰囲気でなければブリケット中の金属分が酸化する。
【００２９】
この実施形態では、真空加熱炉において、ブリケットは１０００℃以上１５００℃未満の温度に加熱される。１０００℃未満ではブリケットの強度が不十分であり、１５００℃以上ではブリケットが溶融する場合がある。焼成工程を経ることによって、圧壊強度が５００ｋｇｆ以上の焼成ブリケットが得られる。
【実施例】
【００３０】
＜粉砕実施例＞
フェロバナジウム−３ｍｍ品の７ｋｇを小形ロッドミルに投入し、１５分間粉砕した。粉砕粒度は、以下のとおりである。
【００３１】
【表１】
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【００３２】
＜ブリケット化、ＰＶＡ分解・脱Ｃ実施例＞
図３に示されるように、フェロバナジウム粉砕品に対し、ＰＶＡ７．５％水溶液を１質量％装入し、混錬機で混合した（Ａ基準）。その後、ブリケットマシーンで２７ｍｍ×１７ｍｍ×１４ｍｍのブリケットを成型した。ブリケット中の水分を除去するために、ブリケットを１１０℃の温度で４ｈｒ乾燥した。そして、ブリケット中のＰＶＡを分解し、Ｃ分を酸化除去するために、ブリケットを大気雰囲気中でさらに加熱した。温度条件及び乾燥時間は、図３に示されるとおりである。
【００３３】
Ａ基準の金属粉、及びブリケット中のＣ分及びＯ分の変化を図４に示す。破砕前、破砕後のいずれのＣ分の値は、０．１４％であった。ＰＶＡを混合したので、ブリケットにした後は０．１７％まで上がり、ブリケットを乾燥した後も０．１７％のままであった。３００℃，４００℃で１ｈｒ，３ｈｒ，５ｈｒ加熱することで、ほぼＰＶＡを混合する前のレベルまでＣ分の値を下げることができた。５００℃で加熱すると、Ｃ分がより一層酸化するので、Ｃ分の値がさらに下がる。しかし、５００℃になると、Ｏ分の値が高くなる。Ｖが酸化するからであり、Ｖ歩留まりが低下する。また、Ｏ分が高くなるとスラグ化し、使用しにくくなる。
【００３４】
図３に示されるように、フェロバナジウム粉砕品に対し、ＰＶＡ１５％水溶液を１質量％装入し、混錬機で混合した（Ｂ基準）。その後、ブリケットマシーンで２７ｍｍ×１７ｍｍ×１４ｍｍのブリケットを成型した。ブリケット中の水分を除去するために、ブリケットを１１０℃の温度で４ｈｒ乾燥した。次に、ブリケット中のＰＶＡを分解し、Ｃ分を酸化除去するために、ブリケットを加熱した。乾燥条件は、大気雰囲気、Ａｒ雰囲気、真空雰囲気の三つの雰囲気で乾燥した。それぞれの雰囲気における温度条件及び乾燥時間は、図に示されるとおりである。
【００３５】
Ｂ基準の金属粉、及びブリケット中のＣ分及びＯ分の変化を図５に示す。破砕前、破砕後のいずれのＣ分の値は、０．１４％であった。ＰＶＡを混合したので、ブリケットにした後は０．１８％まで上がり、ブリケットを乾燥した後も０．１９％まで上がった。３００℃，４００℃で１ｈｒ，３ｈｒ，５ｈｒ加熱することで、ＰＶＡを混合する前のレベルまでＣ分の値を下げることができた。５００℃に加熱すると、Ｃ分がより一層酸化するので、Ｃ分の値がさらに下がる。しかし、５００℃になると、Ｏ分の値が高くなる。Ｖが酸化するからである。大気雰囲気中で加熱する場合、最もいいのが３００〜４００℃程度であった。４００℃のときには、Ｏ分の値が少し増える。
【００３６】
比較例のＡｒ雰囲気では、ブリケットを３００℃で５ｈｒ加熱しても、Ｃ分の値が下がらず、ＰＶＡを混合した直後のＣ分の値とほぼ同じであった。真空雰囲気でも同様な結果がでた。ただし、真空雰囲気ではＯ分があまり上がらなかった。
【００３７】
＜焼成実施例＞
ＰＶＡを分解し、脱Ｃした後のブリケットを真空加熱炉で焼成した。焼成温度：１３００℃、時間：５ｈｒ、真空度０．１ｔｏｒｒ以下。強度及び成分の分析値を下表に示す。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限られず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々変更可能である。例えば、本発明の金属粉のブリケットの製造方法は、フェロバナジウム（融点：１５００〜１７５０℃）に限られることなく、フェロチタン（融点：１４２０〜１４７０℃）、低炭素フェロクロム（融点：１６３０℃〜）、フェロモリブデン（融点：１５５０〜１８５０℃）、フェロタングステン（融点：１６５０〜２５００℃）、低炭素フェロマンガン（融点：１２５０℃）、フェロシリコン（融点：１３００℃）などの合金鉄に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態における金属のブリケットの製造方法のフローチャート
【図２】ＰＶＡの熱重量損失曲線を示すグラフ
【図３】実施例のフローチャート及び加熱条件を示す図
【図４】実施例のＡ基準のＣ分，Ｏ分の変化を示すグラフ
【図５】実施例のＢ基準のＣ分，Ｏ分の変化を示すグラフ
【図６】従来の金属粉の再溶解方法を示すフローチャート
【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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