JPS61110701A

JPS61110701A - 鉄鋼粉の仕上熱処理方法及びその装置

Info

Publication number: JPS61110701A
Application number: JP59231035A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Endo; 一哉遠藤; Ritsuo Okabe; 岡部　律男; Kotaro Okawa; 大川　浩太郎; Eiji Hatsuya; 初谷　栄治; Hiroyuki Yamasoto; 山外　博幸; Shinichiro Muto; 武藤　振一郎; Makoto Arai; 新井　信
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1984-11-01
Filing date: 1984-11-01
Publication date: 1986-05-29
Also published as: JPH0140881B2

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する。

〔従来の技術〕

一般に、工業的な鉄鋼粉の製造法として、鉄鉱石粉やミ
ルスケール粉の還元法、水、ガス、油などの高圧流体を
溶湯に噴射するアトマイズ法、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法、高炉スラグや
鉄鋼粉を含むダスト類の粉砕と１ＩａＪ２！とを組み合
せた製法などがある。

これら製法では、いずれもます炭素、酸素、窒素などの
不純物が目標とする値より相当高い粗製鉄鋼粉（以下粗
製粉と略す）を製造し１次に適切な仕上熱処理により粗
製粉の脱炭、脱酸、脱窒を行う、しかし、粉末冶金用鉄
鋼粉を得ようとする場合、仕上熱処理における脱炭、脱
酸、脱窒が不充分な場合、鉄鋼粉の圧縮性やその焼結体
の機械的特性が向上しないし、鉄鋼粉を粉末のままで使
用する場合、金属鉄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、したがって、粗製粉の仕上熱処
理につき種々研究されている。

例えば、特開昭５８−１９４０１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工程内で予熱
したのち、脱炭性ガス雰囲気を保った脱炭工程内で５５
０〜１２００℃に加熱し、ついで非酸化性ガス雰囲気を
保った冷却工程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法を開示している。また、その際に
使用すべき炉構造としては、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
流側に設は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は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は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ることと、予
熱室と脱炭室との境界、あるいは、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ある
いは冷却室に混入することを防ぐ中空構造のカス流出壁
を設けた装置としている。さらに、脱皮性ガス中に混入
した脱炭反応阻害成分を除去しながら、脱炭性ガスを循
環使用する装置と熱処理方法とについても記載されてい
る。

しかし、前記特開昭５８−１９４０１は脱炭のみを行う
ものであり、脱炭、脱酸、脱窒のうち二種以上の仕上熱
処理を連続的に行う方法ではない、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、この技術は脱炭。

脱酸、脱窒の二種以上を効率的に進める仕上熱処理法で
はない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、鉄鋼粉において、脱炭、脱酸、脱窒の二種以上
の処理を連続式移動床炉で連続的に効率よく行うための
仕上熱処理法を提供することが本発明の目的である。

本発明は、粗製粉の脱炭、脱酸、脱窒の各処理がもっと
も効率的に進む各条件を組み合せ、さらに雰囲気ガスの
流れの速度を増大させる方法を加味することにより、連
続式移動床炉を利用する方法とした。

Ｃ問題点を解決するための手段〕上記目的を達成するため、本発明は、鉄鋼粉の仕上熱処
理方法において、移動床炉の処理空間をその長手方向に
分割して各処理工程を独立させ。

脱炭工程では６００〜１１００℃、脱酸工程では７００
〜１１００℃、脱窒工程では４５０〜７５０℃に独立に
温度制御すると共に、移動床上の鉄鋼粉が焼結する位置
以降で雰囲気ガスを撹拌することを特徴とする。

さらに本発明は前記各処理に使用した雰囲気カスを純化
して循環再使用する。

本発明者らは、第一に脱炭、脱酸、脱窒のうち二種以上
の連続的熱処理方法、第二に脱炭、脱酸、脱窒の各過程
での加熱温度　７１囲気ガスなどの条件、第三に脱炭、
脱酸、脱窒の各ゾーン内の雰囲気カス流れ速度の増大方
法、第四に前記各ゾーンの雰囲気ガスの仕切方法、第五
に炉内への雰囲気ガスの吹き込み位置などを種々検討し
た結果、第一から第五までを合理的に組合せることによ
って、連続式移動床炉でのもっとも効果的な仕上熱処理
方法を確立した。すなわち、前記粗製粉の脱炭、脱酸、
脱窒のうち二種以上の処理を連続式移動床炉によって連
続的に行う仕を熱処理において、脱炭ゾーンと脱酸ゾー
ンとの境界、または脱酸ゾーンと脱窒ゾーンとの境界ま
たは脱炭ゾーンとの境界に、雰囲気カスの混入を防ぐた
めのガス仕切壁を設置し、さらに脱炭、脱酸、脱窒速度
を増加させるために前記移動床上の鉄鋼粉が焼結する位
置以降で炉内雰囲気ガスをファン等で攪拌するとともに
、脱炭、脱酸、脱窒処理にそれぞれ適した雰囲気ガスを
移動床炉上の粗製粉の移動方向と逆向きに流し、しかも
、脱炭ソー７では露点３０〜６０℃のＮ２．Ａｒ等の不
活性ガスもしくはＨ２、ＡＸガス等の還元性ガスを導き
、６００〜１１００℃に加熱し、脱酸ゾーンでは露点４
０°Ｃ以下、望ましくは室温以下の前記還元性ガスを導
き、７００〜１１００℃に加熱し、脱窒ゾーンでは′Ｉ
一点４０℃以下、望ましくは室温以下のＨ２を主体とす
るガスを導き、４５０〜７５０℃に加熱するように各ゾ
ーンを独立に制御する。このことｔこよって、脱炭、脱
酸、脱窒の各速度を増大させることができる。また、脱
炭、脱酸、脱窒に一度使用した雰囲気排ガスを純化しな
がらリサイクルして有効利用する。

以下、この発明法についてさらに詳細に説明する。

本発明者らは、連続的かつ効率的に、脱炭、脱酸、脱窒
処理する方法につき検討した結果１Ｍ続的に動く移動床
を採用した。移動床としてはベルト式、またはプッシャ
ーやローラー上でトレイをａ統帥に移動する形式のもの
も含まれる。移動床との粗製粉をまず脱炭し、次に脱酸
して、最後に脱窒する工程順序とし、脱炭、脱酸、脱窒
の各ゾーンでの各処理に適した雰囲気ガスを粉末の移動
方向と逆の方向すなわち向流式に流すこととすれば、各
処理を連続かつ効率的に行なうことが出来ることを見出
した。ただし、前記の各種粗製粉のうち、脱炭が不必要
な場合には、脱酸、脱窒の順で、脱酸が不必要な場合に
は、脱炭、脱窒の願で、脱窒が不必要な場合には、説度
、脱酸の順でそれぞれ仕上熱処理すればよい、このよう
な処理工程順序とする根拠は次のようなことからである
。つまり。

ａ）脱炭、脱酸、脱窒に好適な加熱温度はそれぞれ６０
０〜１１００℃、７００〜１１００℃。

４５０〜７５０℃であるｂ）連続式の移動床炉で最も採用しゃすい熱処理パター
ンが非対称台形型のパターンであるＣ）高温処理が必要
な脱炭、脱酸を加熱の前半に　低温処理が必要でかつ冷
却をかねて処理できる脱窒を後半にすべきである。

一方、各ゾーンＩＩに、仕＋／ＪＯを設置しても、粗製
粉の通過部は開口を設は中空とするので、ゾーン間での
雰囲気ガスの流出、流入が不完全であるか−ら、高露点
での処理と低露点での処理と区別す・る方が望ましい。

以上の理由から移動床を採用する仕上熱処理においては
脱炭、脱酸、脱窒の順序とすべきである。

移動床に供給した粗製粉は移動床の移動にともなって脱
炭ゾーンに入る。この脱炭ゾーンでの必要条件としては
、露点３０〜６０℃のＮ２．Ａｒ等の不活性ガスもしく
はＨ２，ＡＸガス等の還元性カス中で、６００〜１１０
０℃に加熱する必要がある。露点が６０℃を越えると、
後工程で脱酸すべき粗製粉が６００°Ｃの加熱下の脱炭
ゾーンでさらに酸化するので不可であり、一方、露点が
３０°Ｃ未満では、１１００℃の加熱下でも脱炭速度が
著しく低下して、効率的に脱炭、脱酸することに矛盾す
る。したがって、脱炭ゾーンでの条件としては６００〜
１１００℃加熱下で、雰囲気ガスの露点を３０〜６０℃
とすべさである。また、脱炭ゾーンにおける雰囲気ガス
としては湿潤したカスであれば、目的は達成されるため
、非酸化性ガスでよ（、Ｎ２．Ａｒ等の不活性ガスもし
くは、Ｈ２，ＡＸガス等の還元性ガスが適している。

脱炭ゾーンを通過した粉末は脱酸ゾーンに入る。この脱
酸ゾーンの条件としては露点４０℃以下、望ましくは室
温以下のＨ２，ＡＸガス等の還元性カスを使用し、７０
０〜１１００℃に加熱すべきである。露点４０℃を越え
て７００℃未満で加熱すると脱酸速度は非常に小さく、
効率的な脱酸処理ができない、また、脱炭でも同様であ
るが、脱酸温度が１１００℃を越えると仕上熱処理終了
後の鉄鋼粉ケーキが粉砕できない程硬くな　−り、それ
を無理して粉末化すると１通常使用される粒度の粉砕歩
留が低下する上に、鉄鋼粉の成形性が著しく低下してし
まう、したがって、脱酸ゾーンでの条件としては露点４
０℃以下、望ましくは室・温以下のＨ２，ＡＸガス等の
還元性ガスを使用し、７００〜１１００℃加熱とすべき
である。

次に脱窒ゾーンでの条件としては露点４０°Ｃ以下、望
ましくは室温以下のＨ２を主体とするガス中で４５０〜
７５０℃の加熱とする。鉄鋼粉の脱窒では鉄鋼粉中の窒
素と雰囲気中のＨ２とが反応し、ＮＨ３となり粉末から
除去されるため、　Ｈ２分圧が高いほど脱窒速度が大き
い、脱窒速度が最大となる温度は５５０〜６５０℃の範
囲にあり、その前後の１００℃を加えた４５０〜７５０
℃でも十分に脱窒する。露点４０℃を越えると水蒸気分
圧は急激に上昇してＨ２分圧が低下して脱窒速度が小さ
くなる。Ｈ２分圧低下は脱酸においても不利である。

以上の条件下で粗製粉を仕上熱処理すると、脱炭、脱酸
、脱窒は比較的効率よく進行するが、さらに効率を上げ
るためには、各ゾーンの境界に中空構造の仕切壁を設置
し、かつ仕切壁間で淀んだ雰囲気ガスをファン、ブロワ
−等で攪拌することである１次にその詳細を説明する。

＋ｔｆｆ記したように使用すべき脱炭ゾーンでの雰囲気
ガスとしては露点３０〜６０℃のＮ２．Ａｒ等の不活性
ガスもしくはＨ２，ＡＸカス等の還元性ガス、脱酸ゾー
ンでのそれは露点４０℃以下、望ましくは室温以下のＨ
２，ＡＸガス等の還元性ガス、脱窒ゾーンのそれは露点
が脱酸ゾーンの場合と同じくしたＨ２を主体とする還元
性ガスである。

しかし、後述するように各ゾーンへのガス導入位置、各
ゾーンからのガス排出位置を適切に決めても、各ゾーン
で使用するガスの種類と雰囲気ガス露点が異なるため、
ゾーン間での雰囲気ガスの混入がさけられない、したが
って、混入を最小限にするためには、各ゾーンの境界に
仕切壁を設δする必要がある。その仕切壁の設計指針と
じては、第一に使用する炉は移動床であり、移動床に供
給した粉末は連続的に雰囲気ガス導入口側に向って移動
するがために、粉末が通過する部分を除いて、移動床天
井と底部とからの上下の仕切壁すなわち中空構造の仕切
壁を設けるへきである。

第一、に、各ゾーンで異種の霧点、異姓の雰囲気ガスを
使用するとすれば、仕切壁の中空部分を小さくシ、・各
ゾーンでほぼ等しい露点、はぼ等しい組成のガスを使用
するとすれば、中空部分は大きくすべきである。中空に
する寸法は使用するガスの露点とガスの組成によって適
宜選択すべぎである。第三に中空構造の仕切壁の設置位
置は各ゾーンの境界とし、各ゾーン内へのｉｌｌは不要
である。ゾーン内に設置すれば導入ガスの圧力負荷をい
たずらに増し、強力なブロワ−等の送風機が必要となり
好ましくない、したがって、二つのゾーンであれば一箇
所の仕切壁、三つのゾーンであれば三箇所の仕ｖ′Ｊ壁
を設置すべきである。脱炭、脱酸、脱窒の各ゾーン間で
熱処理温度にギャップがある場合は、必要に応じて各ゾ
ーンの境界内に冷却ゾーンを設置してもよい・各ゾーンで使用する雰囲気ガスの露点または種類が異な
れば、当然独立に各ゾーンへガスを導入せねばならない
が、その導入位置としては各ゾーンでの粉末出口付近と
して向流式とする。排カス出口は各ゾーンの粉末出口付
近とすべきである。

向流式とすれば、出口付近に近ずくほど、説ｊ＾脱酸ま
たは脱窒に最適のフレッシュなガスが接触し、各反応は
促進するからである。しかし、Ｈ２またはＡＸガスの一
種類のガスを使用する場合のように、脱窒、脱酸ゾーン
は同一種類、同一露点のガスで処理でき、脱炭ゾーンで
は脱酸ゾーンで使用したガスを加湿して使用することに
なる。したがって、この場合、脱窒ゾーンからの排カス
出口と脱酸ゾーンへのガス導入口は不要であり、かつ脱
酸と脱窒ゾーンとの境界における仕切壁の中空部分は太
きくすべきである。

しかし、炉内に中空構造の仕切壁を設置すると、大きな
問題となる点は、雰囲気ガスの流れと対流が欠しいこと
である。すなわち、中空構造の仕切壁のみを設置し、ゾ
ーン間のガス圧力差を利用して雰囲気ガスの流れをつけ
ても、移動床−Ｈの　　　　　−粉末充填層表面だけで
あり、仕切壁の中空部やガス導入口およびガス排出口よ
り比較的離れた、仕切望根元と炉内壁付近ではカスが淀
む、この淀みをなくすために、各ゾーン内の炉天井にフ
ァンやブロワ−等を設置する必要がある。すなわち強制
的にガスを撹拌し、粉末充填層表面に新鮮なカスを送る
と同時に、粉末充填層表面付近に滞留した脱炭、脱酸、
脱窒によって生成したＣ０１Ｈ２０，ＮＨ３を一掃する
必要がある。ファンの設置位置としては粉末が固着する
温度領域以降とし、各ゾーンにつき１ｆ１１以上とすべ
きである。記すまでもなく、粉体が固着する前の位置で
ファン等を回転すれば、移動床上の粉末の一部を吹き上
げるなどの欠点があるからである。また各ゾーンに一部
以上の設置が適しているとしたが、その筒数は加熱パタ
ーン、ファンの形状、回転数。

直径や、設置高さ、移動床上の粉末充填幅などにより異
なるため、適宜選択して設置すべきである。

同時に１本発明には、必要に応じて、各ゾーンから排出
する雰囲気ガスのそれぞれまたは全部を−８５にして純
化しながら雰囲気ガスを循環して利用する場合も含む、
脱炭ゾーンから排出する雰囲気ガスには循環使用に有害
なＣＯガスが、脱酸ゾーンではＨ２Ｏが、脱窒ゾーンで
はＮＨ３が混入し、これらのガスをそれぞれ、または全
体を一諸に循環使用すると、雰囲気ガス中には所定量よ
り多いＧ　Ｏ、Ｈ２０、Ｎ　Ｈ３を含み、脱炭、脱酸、
脱窒に使用不可能となるからである。

〔作用〕

粗製物の脱炭、脱酸、脱窒にはそれぞれ醋も適切な温度
帯域、ガス雰囲気があり、本発明はこれらの処理工程を
仕切壁を設けて適切に組合わせかつ攪拌することにより
、これらの相乗効果を巧みに利用する作用により、Ｍ統
帥に最も効率よく１粗製粉の仕上熱処理を行うことがで
きる。

〔実施例〕　　　・以下１本発明の実施例について説明する。

従来法として使用した連続式ベルト炉を第２図に示す０
本発明法で使用した連続式ベルト炉は第２図の従来の炉
を第１図に示した。ように仕切壁を設け、ガス出入口を
変更して改造した。したがって１箇１図と第２図との炉
長は同じである。

、１１図に示したように、まず、中空構造の仕切ＩＶｌ
によって、脱炭室２．脱酸室３、脱窒室４に分け　各室
にモーター９によって回転する雰囲気カス撹拌用ファン
６を設置し、次に雰囲気ガスを脱′ネ室４から入れ、脱
酸室３へ導き、脱酸室３から炉外に出して、一度冷却さ
れた後加湿器７を経て、脱炭室２に導くようにした。

従来法（第２図）および本発明法（第１図）において、
粗製物８を、原料ホッパー９を介して、平滑用金属板１
０によりベルｈｌｌに平坦になるようにのせ、別に設け
た駆動装置により回転するホイール１２によって連続的
に送り、炉内で脱炭　脱酸、脱窒して、ケーキ状塊をシ
ールロール１３から排出した。

力、雰囲気ガス（ＡＸガス）はガス導入口１４ａ、１４
ｂから導入し、排ガス（ＡＸガス）はカス出口１５ａ、
１５ｂから排出した。ガス出口１５ｂから排出したガス
はバルブをへて、燃焼器１７で燃焼した。ただし、第２
図のガス導入口１４ａ、１４ｂはパイプ製である。粗製
物の加熱はコークスガスをラジアントチューブ１８内で
燃焼して行った・粗製物として、ミルスケール粗還元粉（炭素量０．２８
重債務（以下％と略す）、酸素量０．７７％、窒素Ｍ　
Ｏ，ＯＬ　４％）を使用する場合、従来法では、第３図
の熱処理パターン（イ）として、ＡＸガスを露点５１℃
に加湿し、合計５ＯＮｍ”／ｈｒをガス導入口１４ｂか
ら炉内の昇温ゾーンに導入し、同時に、乾燥したＡＸガ
スの合計１１００Ｎ’／ｈｒをガス導入口１４ａから　
均熱ゾーンと冷却ゾーンに導入して、粗製物を仕上熱処
理した。その結果、炭素１０，００９％、酸素量０．２
４％、窒素１０．００２５％を含有するミルスケール還
元鉄粉１．３トン／時間を得た。

これに対し１本発明法では、第１図に示す炉を使用し、
乾燥したＡＸガスを合計１５０．Ｎｒｎ’／時だけ導入
口１４ａから入れ、ガス出口１５ａから排出したガスを
露点５１°Ｃに加湿して　導入口１４’ｂから導き１回
時に５箇の攪拌ファンを１５００ｒｐｍで回転しながら
、前記と同じ相製粉を前記した熱処理パターン（イ）の
条件で仕上熱処理した。その結果、炭素量０．００７％
、酸素９０、２　ｔ％、窒素１０．００１８％を含有す
るミルスケール還元鉄粉１．３トン／時間を得た。

ｊ１１製粉として、水アトマイズ生粉（炭素量０．１８
％、酸素量０．８２％、窒素量０．　ＯＯ８４％）を原
料とする場合、従来法では第３図の熱処理パターン（ロ
）として、ガス導入口１４ｂから合計５０　Ｎｍ’／　
ｈｒ　（７）ＡＸガス（露点４０℃）を、カス導入口１
４ａから合計１１ＯＮｍ’／ｈｒの乾燥ＡＸガスをそれ
ぞれ導入し、仕上熱処理した。その結果、炭素ｉ０．０
０９％、醜素量０．１８％、窒素量０．００４３％を含
有した水アトマイズ純鉄粉を１．５トン／時間得た。

これに対し、本発明法では第１図に示す炉を用い、乾燥
したＡＸガスを合計１６ＯＮｍ’／時だけ゛導入口１４
ａから入れ、ガス出口１５ｂから排出したガスを露点４
０℃に加湿して、導入口１４ｂから導き熱処理パターン
（ロ）で、ファンを撹拌しながら仕上熱処理した。その
結果、炭素に０．００７％、酸素量０．１５％、窒素量
０．００３８％含む水アトマイズ鉄粉を１．５トン／時
間得た。

〔発明の効果〕

以上の実施例からも明らかなように、炉内に中空構造の
仕切壁を設置したので各ンーンのｉ適条件の制御ができ
、ファン攪拌による、脱窒室の脱酸室側の隅や脱酸室の
脱窒室側の隅に滞留したＡＸガスの対流促進と鉄鋼粉ケ
ーキ表面でのガス流れの速度向上ができ、さらに全ガス
量を一方向から導く方法を採用し、ガスの流れる距離が
増加し、これらの相乗効果によって、本発明法では従来
法に比較して脱炭、脱酸、脱窒の速度が著しく向上した
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明法の一実施態様を示す縦断側面図、第２
図は従来法を示す縦断側面図、第３図は熱処理温度パタ
ーン図である。１・・・仕切壁　　　　　２・・・脱炭室３・・・脱酸
室　　　　　４・・・脱窒室５・・・モーター　　　　
６・・・ファン７・・・加熱器　　　　　８・・・粗製
粉９・・・ホッパー　　　ｌＯ・・・平滑用金属板１１
・・・ベル）　　　　　１２・・・ホイール【３・・・
シールロール　１４・・・ガス導入口１５・・・ガス排
出口　　１６・・・バノσブ１７・・・燃焼器１８・・・ラジアントチューブ

Claims

【特許請求の範囲】１　脱炭、脱酸または脱窒のうち２種以上の処理を連続
式移動床炉で連続的に行う鉄鋼粉の仕上熱処理方法にお
いて、前記移動床炉の処理空間をその長手方向に分割し
て各処理工程を独立させ、脱炭工程では６００〜１１０
０℃、脱酸工程では７００〜１１００℃、脱窒工程では
４５０〜７５０℃に独立に温度制御すると共に、前記移
動床上の鉄鋼粉が焼結する位置以降で雰囲気ガスを攪拌
することを特徴とする鉄鋼粉の仕上熱処理方法。２　脱炭、脱酸または脱窒のうち２種以上の処理を連続
式移動床炉で連続的に行う鉄鋼粉の仕上熱処理方法にお
いて、前記移動床炉の処理空間をその長手方向に分割し
て各処理工程を独立させ、脱炭工程では６００〜１１０
０℃、脱酸工程では７００〜１１００℃、脱窒工程では
４５０〜７５０℃に独立に温度制御すると共に、前記各
処理に使用した雰囲気ガスを純化して循環使用し、かつ
前記移動床上の鉄鋼粉が焼結する位置以降で雰囲気ガス
を攪拌することを特徴とする鉄鋼粉の仕上熱処理方法。