JP7469166B2 - Iron structure, its manufacturing method, and method for manufacturing iron powder for heat generating composition - Google Patents
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Description
本発明は、鉄構造体及びその製造方法並びに発熱組成物用鉄粉の製造方法に関する。 The present invention relates to an iron structure and a method for manufacturing the same, as well as a method for manufacturing iron powder for use in heat-generating compositions.
従来、鉄粉などの被酸化性金属及び活性炭を含む発熱組成物が通気性を有する包材内に封入された発熱具は、使い捨てカイロなどとして、人体に温熱を付与するために広く利用されている。このような発熱組成物は、それに含有されている鉄粉の酸化反応によって生じる反応熱を利用して発熱する。 Heating devices in which a heat generating composition containing an oxidizable metal such as iron powder and activated carbon is enclosed in a breathable packaging material have been widely used to provide heat to the human body, such as disposable hand warmers. Such heat generating compositions generate heat by utilizing the heat of reaction generated by the oxidation reaction of the iron powder contained therein.
本出願人は、かさ密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下の発熱組成物用鉄粉の製造方法を提案した(特許文献1)。当該方法によって得られる鉄粉は、発熱特性及びハンドリング性が高いものである。 The present applicant has proposed a method for producing iron powder for use in a heat-generating composition having a bulk density of 0.3 g/ cm3 or more and 1.5 g/ cm3 or less (Patent Document 1). The iron powder obtained by this method has excellent heat-generating properties and handleability.
特許文献2には、比表面積が1.0m2/g以上、見掛密度が1.0g/cm3以下、平均粒径が9.0μm以下である脱酸素剤用還元鉄粉及びその製造方法が開示されている。
特許文献3には、フェロニッケルの効率的な回収を目的として、ニッケル及び酸化鉄を含む酸化鉱と炭素質還元剤とを混合して混合物とする混合処理工程と、得られた混合物をプレス成形してペレットとする混合物成形工程とを有する、ペレットの製造方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method for producing pellets, which includes a mixing process in which an oxide ore containing nickel and iron oxide is mixed with a carbonaceous reducing agent to form a mixture, and a mixture molding process in which the resulting mixture is press-molded into pellets, with the aim of efficiently recovering ferronickel.
特許文献1に記載の方法は、発熱特性が高い鉄粉を得ることが可能であるが、還元鉄を得る際に、還元鉄同士が結合してしまったり、還元鉄が還元炉の内部に固着してしまったりすることがあり、還元鉄の収率や純度の向上、ひいては生産性の向上に関して改善の余地があった。
The method described in
特許文献2及び3に記載の技術によって得られる金属粉は、発熱特性の向上に関して何ら検討されておらず、また発熱特性に優れた金属粉の効率的な製造に関しても何ら検討されていない。
The metal powder obtained by the techniques described in
したがって、本発明は、発熱特性に優れる鉄粉の原料となる鉄構造体、及びその製造方法に関する。 Therefore, the present invention relates to an iron structure that is the raw material for iron powder with excellent heat generation properties, and a method for producing the same.
本発明は、少なくとも表面が金属鉄を含む繊維状物の集合体から構成されている塊状物からなり、
かさ密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下であり、
平均粒径が1mm以上100mm以下である、鉄構造体に関する。
The present invention relates to a lump having at least a surface composed of an aggregate of fibrous materials containing metallic iron,
The bulk density is 0.3 g/cm 3 or more and 1.5 g/cm 3 or less,
The present invention relates to an iron structure having an average grain size of 1 mm or more and 100 mm or less.
また本発明は、酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを含み、平均粒径が1mm以上100mm以下の粒状物を、回転炉内で850℃以上1000℃以下で加熱する、鉄構造体の製造方法に関する。 The present invention also relates to a method for producing an iron structure, in which granular material containing iron oxide, a carbonaceous reducing agent, and an inorganic binder and having an average particle size of 1 mm to 100 mm is heated in a rotary furnace at 850°C to 1000°C.
更に本発明は、前記鉄構造体の製造方法によって得られた鉄構造体を、平均粒径が5μm以上500μm以下となるように粉砕する、発熱組成物用鉄粉の製造方法に関する。 The present invention further relates to a method for producing iron powder for use in heat generating compositions, in which the iron structure obtained by the method for producing the iron structure is pulverized to an average particle size of 5 μm or more and 500 μm or less.
本発明によれば、発熱特性に優れる鉄粉の原料となる鉄構造体が提供される。
また、本発明によれば、酸化鉄を還元する際に、還元炉の壁面に還元鉄が付着しにくく、また粒径が均一な鉄構造体を得ることができる製造方法が提供される。
According to the present invention, there is provided an iron structure that serves as a raw material for iron powder having excellent heat generation characteristics.
Furthermore, according to the present invention, there is provided a production method that, when reducing iron oxide, makes it difficult for reduced iron to adhere to the wall surface of a reduction furnace, and also makes it possible to obtain iron structures with uniform particle size.
以下に本発明を、その好ましい実施形態に基づき説明する。本発明の鉄構造体は塊状物である。この塊状物は不規則な形状をしており、またその大きさも様々である。塊状物の典型的な形状は、略球状、略楕円体状、略ペレット状、1若しくは2以上の稜線を有する砕石状、石炭状等である。鉄構造体は、その少なくとも表面の一部又は全体が金属鉄を含む繊維状物の集合体から構成されている。鉄構造体に粉砕等の処理を施すことにより、金属鉄を含む鉄粉を得ることができる。つまり、鉄構造体は鉄粉の製造原料として好適である。 The present invention will be described below based on its preferred embodiments. The iron structure of the present invention is a lump. The lump has an irregular shape and a variety of sizes. Typical shapes of the lump are approximately spherical, approximately ellipsoidal, approximately pellet-shaped, crushed stone having one or more ridges, coal-shaped, etc. At least a part or the entire surface of the iron structure is composed of an aggregate of fibrous material containing metallic iron. By subjecting the iron structure to a process such as crushing, iron powder containing metallic iron can be obtained. In other words, the iron structure is suitable as a raw material for manufacturing iron powder.
鉄構造体は、その少なくとも表面が、多数の繊維状物が三次元的にランダムに配された網目状の構造を有する多孔質である。鉄構造体は、複数の繊維状物が集合することによって形成された細孔を複数有する。鉄構造体に存在する細孔は、オープンセル構造であってもよく、クローズドセル構造であってもよく、これらの構造の双方が一つの塊状物中に存在してもよい。 At least the surface of the iron structure is porous, with a mesh-like structure in which numerous fibrous materials are arranged randomly in three dimensions. The iron structure has a plurality of pores formed by the assembly of a plurality of fibrous materials. The pores present in the iron structure may have an open cell structure or a closed cell structure, and both of these structures may be present in one mass.
本発明の鉄構造体を構成する繊維状物は、様々な形態を有する。詳細には、任意の一本の繊維状物に着目したときに、該繊維状物は、一方向に延びる細長い形状であってもよく、分岐していてもよい。また、各繊維状物の長さは均一であってもよく、不均一であってもよい。各繊維状物の太さは、繊維状物の延在方向に沿って同一であってもよく、延在方向に沿って規則的に又は不規則に変化していてもよい。これらのうち少なくとも一つの形態を有する繊維状物が複数絡みっているか、又は繊維状物どうしの交点が結合していることによって、上述の集合体を形成している。 The fibrous materials constituting the iron structure of the present invention have various forms. In particular, when focusing on any one fibrous material, the fibrous material may be elongated and unidirectional, or may be branched. The length of each fibrous material may be uniform or non-uniform. The thickness of each fibrous material may be the same along the extension direction of the fibrous material, or may vary regularly or irregularly along the extension direction. The above-mentioned aggregate is formed by entangling multiple fibrous materials having at least one of these forms, or by bonding the intersections of the fibrous materials with each other.
鉄構造体における繊維状物の太さは、平均して10μm以下程度である。繊維状物の太さは、電子顕微鏡写真を画像解析し、繊維状物の延在方向に直交する方向の最小差し渡し長さを測定することで得ることができる。
具体的には、倍率1000倍で電子顕微鏡観察を行った際の2次元画面から、任意に選び出した20本以上の繊維状物を対象として測定した結果を算術平均して得た値を、繊維状物の太さとする。
The thickness of the fibrous material in the iron structure is about 10 μm or less on average. The thickness of the fibrous material can be obtained by performing image analysis of an electron microscope photograph and measuring the minimum diameter of the fibrous material in a direction perpendicular to the extension direction.
Specifically, the thickness of the fibrous object is determined as the arithmetic average of the measurements of 20 or more fibrous objects randomly selected from the two-dimensional screen observed under an electron microscope at a magnification of 1000 times.
鉄構造体の一実施形態の電子顕微鏡観察像を図1に示す。同図に示すように、本実施形態の鉄構造体は、様々な形態を有する繊維状物がランダムに配された連続体によって構成されており、複数の細孔が形成されている。本実施形態においては、繊維状物が鉄構造体の表面に加えて、内部にも形成されている。
なお、本発明の鉄構造体は連続体であるので、例えばスチールウール等といった、繊維状の金属繊維どうしの絡合のみによって保形されているものは、本発明から除外される。
An electron microscope image of one embodiment of the iron structure is shown in Fig. 1. As shown in the figure, the iron structure of this embodiment is composed of a continuum in which fibrous materials having various forms are randomly arranged, and a plurality of pores are formed. In this embodiment, the fibrous materials are formed not only on the surface of the iron structure but also inside it.
In addition, since the iron structure of the present invention is a continuous body, those that maintain their shape only by the entanglement of fibrous metal fibers, such as steel wool, are excluded from the present invention.
本発明の鉄構造体は、全体として金属鉄を含有することが好ましい。具体的には、鉄構造体は、表面が金属鉄を含む繊維状物の集合体から構成され、内部は金属鉄を含み且つ繊維状物でない構造である塊状物であってもよい。あるいは、鉄構造体は、表面及び内部の双方が金属鉄を含む複数の繊維状物の集合体から構成された塊状物であってもよい。鉄構造体が後者の構造である場合、鉄構造体は表面及び内部の双方が網目状の構造を有している。本発明の鉄構造体は、これらの態様を包含する。
鉄構造体の表面が繊維状物の集合体によって構成されているか否かは、鉄構造体の表面を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察を行うことにより判定することができる。鉄構造体の表面の繊維状物が金属鉄を含むか否かは、電子顕微鏡によるエネルギー分散型X線分析(SEM-EDX)を用いて判定することができる。
The iron structure of the present invention preferably contains metallic iron as a whole. Specifically, the iron structure may be a mass whose surface is composed of an aggregate of fibrous materials containing metallic iron, and whose interior is a structure containing metallic iron but not fibrous materials. Alternatively, the iron structure may be a mass whose surface and interior are both composed of an aggregate of a plurality of fibrous materials containing metallic iron. When the iron structure has the latter structure, both the surface and interior of the iron structure have a mesh-like structure. The iron structure of the present invention encompasses these embodiments.
Whether or not the surface of the iron structure is composed of an aggregate of fibrous materials can be determined by observing the surface of the iron structure with a scanning electron microscope (SEM). Whether or not the fibrous materials on the surface of the iron structure contain metallic iron can be determined by using energy dispersive X-ray analysis with an electron microscope (SEM-EDX).
本発明の鉄構造体は、そのかさ密度が従来の還元鉄粉よりも低いことを特徴の一つとしている。詳細には、鉄構造体のかさ密度は、好ましくは0.3g/cm3以上、より好ましくは0.4g/cm3以上、さらに好ましくは0.5g/cm3以上である。
また、鉄構造体のかさ密度は、好ましくは1.5g/cm3以下、より好ましくは1.4g/cm3以下、さらに好ましくは1.3g/cm3以下である。
鉄構造体をこのようなかさ密度とすることによって、鉄構造体を粉砕して鉄粉を製造する際に、粉砕に要する外力を低減することができ、発熱特性に優れる鉄粉を生産性高く得ることができる。このような鉄構造体は、例えば後述する製造方法によって製造できる。
本発明の鉄構造体のかさ密度は、JIS Z2504に準じて、かさ密度測定器(筒井理化学器械株式会社製 JISカサ比重測定器)を用いて測定することができる。
One of the features of the iron structure of the present invention is that its bulk density is lower than that of conventional reduced iron powders. In detail, the bulk density of the iron structure is preferably 0.3 g/ cm3 or more, more preferably 0.4 g/ cm3 or more, and even more preferably 0.5 g/ cm3 or more.
The bulk density of the iron structure is preferably 1.5 g/ cm3 or less, more preferably 1.4 g/ cm3 or less, and even more preferably 1.3 g/ cm3 or less.
By making the iron structure have such a bulk density, it is possible to reduce the external force required for pulverization when pulverizing the iron structure to produce iron powder, and it is possible to produce iron powder having excellent heat generation properties with high productivity. Such an iron structure can be produced, for example, by the production method described below.
The bulk density of the iron structure of the present invention can be measured in accordance with JIS Z2504 using a bulk density measuring device (JIS bulk specific gravity measuring device manufactured by Tsutsui Rikagaku Kikai Co., Ltd.).
本発明の鉄構造体は、その平均粒径が好ましくは1mm以上、より好ましくは1.5mm以上である。
本発明の鉄構造体は、その平均粒径が好ましくは100mm以下、より好ましくは50mm以下である。
鉄構造体をこのような平均粒径とすることによって、鉄構造体を鉄粉の原料として用いる際に、鉄構造体の取り扱い性を向上させることができ、その結果、発熱特性に優れる鉄粉を生産性高く得ることができる。このような鉄構造体は、例えば後述する製造方法によって製造できる。
鉄構造体の平均粒径は、鉄構造体の1つ当たりの寸法として、JIS Z8827-1に規定される最長フェレー径及び最短フェレー径を直接測定して、これを算術平均した平均フェレー径を算出し、粒子20個以上を測定したときの平均フェレー径の算術平均値を本発明の平均粒径とする。
The iron structure of the present invention preferably has an average grain size of 1 mm or more, more preferably 1.5 mm or more.
The iron structure of the present invention preferably has an average grain size of 100 mm or less, more preferably 50 mm or less.
By making the iron structure have such an average particle size, the iron structure can be easily handled when used as a raw material for iron powder, and as a result, iron powder having excellent heat generation properties can be obtained with high productivity. Such an iron structure can be manufactured, for example, by the manufacturing method described below.
The average particle size of the iron structure is determined by directly measuring the longest Feret diameter and the shortest Feret diameter as specified in JIS Z8827-1 as the dimensions per iron structure, calculating the average Feret diameter by arithmetically averaging the measured values, and the arithmetic mean value of the average Feret diameters when 20 or more particles are measured is defined as the average particle size in the present invention.
本発明の鉄構造体は、金属鉄の含有量が、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上である。
鉄構造体の金属鉄の含有量は、好ましくは99.5質量%以下、より好ましくは97質量%以下、更に好ましくは95質量%以下である。
金属鉄含有量を上述した範囲とすることによって、鉄構造体を用いて得られた鉄粉は酸化反応が効率的に進行し、発熱特性に更に優れたものとなり、またそのような鉄粉の生産効率が更に向上する。
金属鉄の含有量は、ISO5416に規定される臭素-メタノール溶解法によって測定される。鉄構造体における金属鉄分の含有量は、例えば後述する製造方法において、原料の鉄元素含有量や、還元条件等を適宜変更することで調整することができる。
The iron structure of the present invention has a metallic iron content of preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more.
The content of metallic iron in the iron structure is preferably 99.5% by mass or less, more preferably 97% by mass or less, and even more preferably 95% by mass or less.
By setting the metallic iron content within the above-mentioned range, the oxidation reaction of the iron powder obtained using the iron structure proceeds efficiently, resulting in even better heat generation properties, and further improving the production efficiency of such iron powder.
The metallic iron content is measured by the bromine-methanol dissolution method specified in ISO 5416. The metallic iron content in the iron structure can be adjusted by appropriately changing the iron element content of the raw material, reduction conditions, etc., in the manufacturing method described below, for example.
本発明の鉄構造体は、鉄元素の総含有量が、好ましくは50質量%以上、更に好ましくは60質量%以上であり、好ましくは99.5質量%以下、更に好ましくは99質量%以下である。
鉄元素の含有量は、JIS M8212:2005に準じて測定したり、測定対象の鉄構造体をSEM-EDXや蛍光X線分析に供して、鉄構造体の表面を測定範囲に指定した測定範囲面内の元素定量分析を行ったり、あるいは、鉄構造体を硝酸等の酸に溶解して溶解液としたあと、該溶解液をICP発光分光分析に供したりすることによって測定することができる。
The iron structure of the present invention has a total iron element content of preferably 50 mass % or more, more preferably 60 mass % or more, and preferably 99.5 mass % or less, more preferably 99 mass % or less.
The iron element content can be measured in accordance with JIS M8212:2005, or by subjecting the iron structure to be measured to SEM-EDX or X-ray fluorescence analysis and performing elemental quantitative analysis within a measurement range surface in which the surface of the iron structure is designated as the measurement range, or by dissolving the iron structure in an acid such as nitric acid to prepare a solution, and then subjecting the solution to ICP atomic emission spectrometry.
鉄構造体は、その圧壊強度が好ましくは40N以上、より好ましくは45N以上、更に好ましくは50N以上である。
また鉄構造体の圧壊強度は、好ましくは400N以下、より好ましくは350N以下、更に好ましくは300N以下である。
鉄構造体の圧壊強度が上述した範囲にあることによって、鉄構造体自体の強度を適度に発現させて、鉄構造体の意図しない崩壊を防いで、鉄構造体の取り扱い性を高めることができる。これとともに、鉄構造体を粉砕等して鉄粉を製造する際に、過度な外力を加えずに、上述のかさ密度を維持した鉄粉を生産性高く得ることができ、また得られた鉄粉は発熱特性に優れる。
鉄構造体の圧壊強度は、硬度計(株式会社藤原製作所製デジタル硬度計KHT-40N)を用い、JIS Z8841に従って測定することができる。
The iron structure preferably has a crushing strength of 40N or more, more preferably 45N or more, and further preferably 50N or more.
The crushing strength of the iron structure is preferably 400N or less, more preferably 350N or less, and further preferably 300N or less.
By making the crushing strength of the iron structure fall within the above-mentioned range, the strength of the iron structure itself can be appropriately expressed, and unintended collapse of the iron structure can be prevented, thereby improving the handleability of the iron structure. At the same time, when producing iron powder by crushing the iron structure, it is possible to produce iron powder that maintains the above-mentioned bulk density with high productivity without applying excessive external force, and the obtained iron powder has excellent heat generation properties.
The crushing strength of the iron structure can be measured using a hardness tester (digital hardness tester KHT-40N manufactured by Fujiwara Seisakusho Co., Ltd.) in accordance with JIS Z8841.
鉄構造体は、その少なくとも表面が繊維状物の集合体によって多孔質状に形成されているところ、鉄構造体の表面部分の細孔容積は、0.01μm以上100μm以下の細孔の範囲で、好ましくは3mL/g以下、より好ましくは2mL/g以下、更に好ましくは1.5mL/g以下である。
また、鉄構造体の表面部分の細孔容積は、0.01μm以上100μm以下の細孔の範囲で、好ましくは0.25mL/g以上、より好ましくは0.3mL/g以上、更に好ましくは0.35mL/g以上である。
表面部分の細孔容量がこのような範囲にあることによって、酸素と鉄元素との接触面積を増やすことができ、鉄構造体を用いて製造した鉄粉の酸化反応の反応率を更に高めて優れた発熱特性を発現させることができる。鉄構造体の表面部分の細孔容量は、JIS R1655:2003に記載の水銀圧入法に準じて測定することができる。鉄構造体の表面部分をかき取ったサンプルを対象として細孔容量を測定する。
At least the surface of the iron structure is formed porously by an aggregate of fibrous material, and the pore volume of the surface portion of the iron structure is preferably 3 mL/g or less, more preferably 2 mL/g or less, and even more preferably 1.5 mL/g or less, in the range of pores of 0.01 μm or more and 100 μm or less.
The pore volume of the surface portion of the iron structure is preferably 0.25 mL/g or more, more preferably 0.3 mL/g or more, and further preferably 0.35 mL/g or more, for pores in the range of 0.01 μm or more and 100 μm or less.
By having the pore volume of the surface portion in such a range, the contact area between oxygen and iron element can be increased, and the reaction rate of the oxidation reaction of the iron powder produced using the iron structure can be further increased, thereby enabling excellent heat generation characteristics to be exhibited. The pore volume of the surface portion of the iron structure can be measured in accordance with the mercury intrusion method described in JIS R1655:2003. The pore volume is measured using a sample scraped off from the surface portion of the iron structure.
鉄構造体は、酸化していない鉄(以下、これを「金属鉄」又は「還元鉄」ともいう。)のみから構成されていてもよく、金属鉄に加えて酸化鉄(II)や酸化鉄(III)等の鉄化合物を含んで構成されていてもよい。
鉄構造体は、酸化反応の反応率を高めて発熱性能を高めることと、過度な酸化反応の発生を抑制して、取り扱い性を高めることとを両立した鉄粉を安定的に得る観点から、鉄構造体の表面に酸化鉄(II)や酸化鉄(III)を有し、鉄構造体の内部に金属鉄を有するように構成されていることが好ましい。
鉄構造体の表面に酸化鉄を有し、且つ内部に金属鉄を有することは、鉄構造体をエポキシ樹脂等で包埋し、包埋した鉄構造体を機械研磨装置又はクロスセクションポリッシャ装置等を用いて観察断面を作製し、該断面をSEM-EDXによって観察する方法で判定することができる。
また、このような構成を有する鉄構造体を得るためには、後述する還元工程における加熱温度及び加熱時間の条件を適宜調整したり、還元工程の後に本技術分野で一般的に行われる軽度な酸化処理を行ったりすることによって容易に得ることができる。
The iron structure may be composed only of unoxidized iron (hereinafter also referred to as "metallic iron" or "reduced iron"), or may be composed of iron compounds such as iron oxide (II) or iron oxide (III) in addition to metallic iron.
From the viewpoint of stably obtaining iron powder that simultaneously increases the reaction rate of the oxidation reaction to enhance heat generation performance and suppresses the occurrence of excessive oxidation reactions to enhance handleability, it is preferable that the iron structure is configured to have iron oxide (II) or iron oxide (III) on the surface of the iron structure and metallic iron inside the iron structure.
Whether an iron structure has iron oxide on its surface and metallic iron inside can be determined by embedding the iron structure in epoxy resin or the like, preparing an observation cross-section of the embedded iron structure using a mechanical polishing device or a cross-section polisher device or the like, and observing the cross-section using SEM-EDX.
Furthermore, an iron structure having such a configuration can be easily obtained by appropriately adjusting the heating temperature and heating time conditions in the reduction step described below, or by performing a mild oxidation treatment that is commonly performed in this technical field after the reduction step.
鉄構造体は、鉄元素に加えて非鉄元素を更に含んで構成されていてもよい。鉄構造体の圧壊強度を向上させる観点から、鉄構造体は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ケイ素、チタン、アルミニウム、及びジルコニウムのうち少なくとも一種の非鉄元素を更に含むことが好ましい。
これらの非鉄元素は、好ましくは非鉄金属元素及び半金属元素のうち少なくとも一種である。アルカリ金属としては、ナトリウム及びカリウム等が挙げられる。アルカリ土類金属としては、マグネシウム及びカルシウム等が挙げられる。
The iron structure may further contain a non-ferrous element in addition to the iron element. From the viewpoint of improving the crushing strength of the iron structure, it is preferable that the iron structure further contains at least one non-ferrous element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, silicon, titanium, aluminum, and zirconium.
The non-ferrous elements are preferably at least one of non-ferrous metal elements and semi-metal elements. The alkali metals include sodium and potassium. The alkaline earth metals include magnesium and calcium.
鉄構造体中の前記非鉄元素の存在態様は、非鉄元素単体、SiO2、Al2O3、ZrO2等の非鉄元素の酸化物、非鉄元素と鉄元素との複合化合物、あるいは非鉄元素どうしの複合化合物の一種又は二種以上であり得る。このような非鉄元素の化合物としては、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト、ベントナイト等の粘土鉱物類を用いることができる。 The non-ferrous elements in the iron structure may be present in one or more of the following forms: a simple non-ferrous element, an oxide of a non-ferrous element such as SiO2 , Al2O3 , or ZrO2 , a complex compound of a non-ferrous element and an iron element, or a complex compound of two or more non-ferrous elements. Examples of such compounds of non-ferrous elements include clay minerals such as montmorillonite, nontronite, beidellite, saponite, hectorite, sauconite, stevensite, and bentonite.
鉄構造体に前記非鉄元素を含む場合、非鉄元素の含有量は、好ましくは0.5質量%以上、更に好ましくは0.8質量%以上である。また、非鉄元素の含有量は、好ましくは5質量%以下、更に好ましくは4.5質量%以下である。このような範囲となっていることによって、鉄構造体の圧壊強度を更に向上することができ、また鉄構造体の製造時において繊維状物を表面に容易に形成することができる。
非鉄元素の含有量は、SEM-EDXや蛍光X線分析を用いて、鉄構造体の表面を測定範囲に指定した測定範囲面内の元素定量分析を行ったり、鉄構造体を硝酸等の酸に溶解して溶解液とした後、該溶解液をICP発光分光分析に供することによって測定することができる。
When the iron structure contains the non-ferrous elements, the content of the non-ferrous elements is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more. The content of the non-ferrous elements is preferably 5% by mass or less, more preferably 4.5% by mass or less. By being in such a range, the crush strength of the iron structure can be further improved, and the fibrous material can be easily formed on the surface during the production of the iron structure.
The content of non-ferrous elements can be measured by performing elemental quantitative analysis within a measurement range surface designated as the measurement range on the surface of the iron structure using SEM-EDX or X-ray fluorescence analysis, or by dissolving the iron structure in an acid such as nitric acid to prepare a solution, and then subjecting the solution to ICP optical emission spectrometry.
鉄構造体は、大気中の酸素と常温常圧下で反応して、構成元素の幾分かが不可避的に酸化される。したがって、鉄構造体は、酸素(O)を10質量%以下程度含有し得る。
また鉄構造体は、その製造原料由来の不可避的成分として、炭素(C)を10質量%以下程度含有し得る。
鉄構造体に酸素や炭素を含む場合、酸素及び炭素は本明細書における「非鉄元素」からは除外されるものとする。
The iron structure reacts with oxygen in the air at room temperature and pressure, and some of the constituent elements are inevitably oxidized. Therefore, the iron structure may contain about 10 mass % or less of oxygen (O).
The iron structure may also contain about 10 mass % or less of carbon (C) as an unavoidable component derived from the raw materials used for its production.
When the iron structure contains oxygen and carbon, oxygen and carbon are excluded from the "non-ferrous elements" in this specification.
上述した鉄構造体は、例えば以下のように製造することができる。
本製造方法は、酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを含み、平均粒径が所定の範囲である粒状物を、回転炉内で加熱する工程を備える。これによって、酸化鉄を還元して、金属鉄(還元鉄)を生成させることができる。
The above-mentioned iron structure can be manufactured, for example, as follows.
The method includes a step of heating granular material having an average particle size within a predetermined range, the granular material including iron oxide, a carbonaceous reducing agent, and an inorganic binder, in a rotary furnace, thereby reducing the iron oxide to produce metallic iron (reduced iron).
鉄構造体の製造にあたり、まず、酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを含む粒状物を作製することが好ましい。粒状物を作製することによって、各原料の系外への流出を効果的に抑制しつつ、酸化鉄が回転炉の内壁に接触する面積を低減して、還元鉄が炉内壁に付着した状態で固着生成することを抑制することができる。また、回転炉内で粒状物どうしが撹拌されやすくなるので、還元時の粒状物どうしの結合を抑制することができる。更に、鉄の還元反応を効率よく進行させて、特定の表面構造並びに所定のかさ密度及び平均粒径を有する鉄構造体を生産性高く製造することができる。 In manufacturing the iron structure, it is preferable to first prepare granular materials containing iron oxide, a carbonaceous reducing agent, and an inorganic binder. By preparing the granular materials, it is possible to effectively prevent each raw material from flowing out of the system, while reducing the area of contact of the iron oxide with the inner wall of the rotary furnace, thereby preventing the reduced iron from adhering to the inner wall of the furnace and forming a solidified state. In addition, since the granular materials are easily stirred together in the rotary furnace, it is possible to prevent the granular materials from bonding together during reduction. Furthermore, it is possible to efficiently proceed with the reduction reaction of iron, and to highly productively manufacture iron structures having a specific surface structure and a predetermined bulk density and average particle size.
酸化鉄としては、金属鉄を効率よく生成させる観点から、酸化鉄(III)を含む原料を用いることが好ましい。酸化鉄(III)を含む原料としては、例えば鉄鉱石や、鋼板、鋼管あるいは型鋼等の鋼材の熱間加工を行なう際に鋼材表面に生じる酸化鉄(いわゆるミルスケール)、あるいは鉄鋼製造工程における酸洗ラインの酸洗廃液を噴霧乾燥して得られる酸化鉄粉(いわゆる噴霧焙焼粉)などの一種又は二種以上が用いられる。
酸化鉄(III)を含む原料は、その形状が、塊状や粉末状であり得る。
これらのうち、不純物が少ない還元鉄を効率的に生成する観点から、酸化鉄の粉末を用いることが好ましく、還元鉄の効率的な生成と環境負荷の低減とを両立する観点から、噴霧焙焼粉を用いることが更に好ましい。
As the iron oxide, from the viewpoint of efficiently producing metallic iron, it is preferable to use a raw material containing iron oxide (III). Examples of the raw material containing iron oxide (III) include one or more of iron ore, iron oxide (so-called mill scale) generated on the surface of steel materials during hot working of steel materials such as steel plates, steel pipes, and shape steel, and iron oxide powder (so-called spray roasted powder) obtained by spray drying pickling wastewater from a pickling line in a steel manufacturing process.
The raw material containing iron (III) oxide may be in the form of a lump or powder.
Among these, from the viewpoint of efficiently producing reduced iron with fewer impurities, it is preferable to use iron oxide powder, and from the viewpoint of achieving both efficient production of reduced iron and reduced environmental load, it is even more preferable to use sprayed roasted powder.
炭素質還元剤は、炭素の単体を主成分とする還元剤であり、酸化鉄を還元する助材として機能する。炭素の単体としては、無定形炭素や、黒鉛等が挙げられる。このような炭素質還元剤としては、石炭、石炭チャー、コークス等の石炭系還元剤;おが屑炭、ヤシ殻炭、木質炭等のバイオマス炭が挙げられる。これらは一種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
炭素質還元剤は、その形状が、塊状や粉末状であり得る。
酸化鉄の還元反応をより効率的に進行させて、特定の表面構造及びに所定のかさ密度を有する鉄構造体を生産性高く製造する観点から、炭素質還元剤の粉末を用いることが好ましく、また、炭素質還元剤としてバイオマス炭を用いることが好ましく、バイオマス炭の粉末を用いることが更に好ましい。
The carbonaceous reducing agent is a reducing agent whose main component is carbon alone, and functions as an auxiliary material for reducing iron oxide. Examples of carbon alone include amorphous carbon and graphite. Examples of such carbonaceous reducing agents include coal-based reducing agents such as coal, coal char, and coke; and biomass charcoal such as sawdust charcoal, coconut shell charcoal, and wood charcoal. These can be used alone or in combination of two or more.
The carbonaceous reductant may be in the form of a lump or a powder.
From the viewpoint of more efficiently progressing the reduction reaction of iron oxide and highly productively producing an iron structure having a specific surface structure and a predetermined bulk density, it is preferable to use a powder of a carbonaceous reducing agent, and it is also preferable to use biomass charcoal as the carbonaceous reducing agent, and it is even more preferable to use powder of biomass charcoal.
無機バインダは、酸化鉄と炭素質還元剤とを物理的に結合して、所定の形状に保形できるようにするためのものである。無機バインダとしては、粒状物の高い形成効率及び粒状物の形状の保持性を有しつつ、酸化鉄の還元反応を阻害しないものを用いることができる。詳細には、無機バインダは、ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム及びケイ酸カリウム等の水ガラス類;シリカゾル、チタニアゾル、アルミナゾル及びジルコニアゾル等の無機粒子類;アルコキシシラン、エトキシシラン、チタンアルコキシド、チタンエトキシド、ジルコニウムアルコキシド、ジルコニウムエトキシド、チタナシロキサン及びジルコナシロキサン等のアルコキシド類;並びに、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイト、スチーブンサイト及びベントナイト等のスメクタイトを含む粘土鉱物類のうち少なくとも一種であることが好ましく、粒状物の保形性を更に高める観点から、ケイ酸ナトリウム等の水ガラス類を少なくとも用いることが更に好ましい。 The inorganic binder is used to physically bind the iron oxide and the carbonaceous reducing agent to enable the desired shape to be retained. As the inorganic binder, one that has high formation efficiency of granular material and shape retention of the granular material, while not inhibiting the reduction reaction of the iron oxide, can be used. In particular, the inorganic binder is preferably at least one of water glasses such as sodium silicate, lithium silicate, and potassium silicate; inorganic particles such as silica sol, titania sol, alumina sol, and zirconia sol; alkoxides such as alkoxysilane, ethoxysilane, titanium alkoxide, titanium ethoxide, zirconium alkoxide, zirconium ethoxide, titanasiloxane, and zirconasiloxane; and clay minerals including smectites such as montmorillonite, nontronite, beidellite, saponite, hectorite, sauconite, stevensite, and bentonite, and more preferably uses at least water glasses such as sodium silicate from the viewpoint of further increasing the shape retention of the granular material.
粒状物が上述の無機バインダを有することは、上述のSEM-EDS及び蛍光X線分析等の公知の分析装置を用いて、粒状物の表面を元素マッピングすることによる含有元素の種類及び量の分析、X線回折(XRD)分析により測定される検出ピーク位置に基づいた化合物の種類の同定、及び測定される検出ピークの強度に基づいた各化合物の含有量の分析などの方法を、単独で又は組み合わせることで同定することができる。 Whether the granular material contains the inorganic binder described above can be identified by using known analytical devices such as the SEM-EDS and X-ray fluorescence analysis described above to perform elemental mapping of the surface of the granular material to analyze the type and amount of contained elements, identify the type of compound based on the position of the detection peak measured by X-ray diffraction (XRD) analysis, and analyze the content of each compound based on the intensity of the detected peak measured, either alone or in combination.
粒状物の製造方法としては、例えば酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを任意の順序で又は同時に混合装置に投入して混合して混合物を得たあと、該混合物を造粒装置に投入して、所定の粒径を有する粒状物に造粒することができる。
酸化鉄及び炭素質還元剤を均一に混合させる観点から、酸化鉄及び炭素質還元剤は、ともに粉末を用いることが好ましい。
原料を均一に混合するとともに、造粒時の粒子の成形性を高める観点から、上述した混合物に水や有機溶媒等を添加して、粘性を高めることが好ましい。
As a method for producing granules, for example, iron oxide, a carbonaceous reducing agent and an inorganic binder can be charged into a mixer in any order or simultaneously and mixed to obtain a mixture, and then the mixture can be charged into a granulator and granulated into granules having a predetermined particle size.
From the viewpoint of uniformly mixing the iron oxide and the carbonaceous reducing agent, it is preferable to use powders of both the iron oxide and the carbonaceous reducing agent.
From the viewpoints of uniformly mixing the raw materials and improving the moldability of the particles during granulation, it is preferable to add water, an organic solvent, or the like to the above-mentioned mixture to increase the viscosity.
各成分の混合は、粘度の高い材料の混練に用いられる混合装置を用いることが好ましい。このような混合装置としては、例えば加圧ニーダ、オープンニーダ、ロール混練機を用いることができる。
また、混合装置を用いて得られた混合物を用いて造粒する際には、圧縮による造粒が可能な造粒装置を用いることができ、例えば、新東工業株式会社製のブリケッタを用いることができる。
The components are preferably mixed using a mixer that is used for kneading high-viscosity materials, such as a pressure kneader, an open kneader, or a roll kneader.
Furthermore, when granulating the mixture obtained using the mixing device, a granulating device capable of granulating by compression can be used, for example, a briquette manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd.
造粒された粒状物はこれをそのまま以後の工程に供してもよく、あるいは、乾燥処理を施して液体分を除去した後に以後の工程に供してもよい。乾燥処理を行う場合、好ましくは80℃以上150℃以下にて、好ましくは1時間以上24時間以下の条件にて行うことができる。 The granulated material may be directly used in the subsequent steps, or may be dried to remove the liquid and then used in the subsequent steps. When drying is performed, it is preferably performed at a temperature of 80°C or higher and 150°C or lower, and for a period of 1 hour or higher and 24 hours or lower.
このように得られた粒状物は、球状、楕円体状、筒状等の幾何学形状、又は砕石状、石炭状等である。 The granules thus obtained have geometric shapes such as spheres, ellipsoids, cylinders, etc., or are like crushed stone, coal, etc.
粒状物は、その平均粒径を好ましくは1mm以上、より好ましくは1.5mm以上とする。
また粒状物は、その平均粒径を好ましくは100mm以下、より好ましくは50mm以下とする。
粒状物をこのような平均粒径とすることによって、造粒歩留まりを良好にしつつ、後述する回転炉内での加熱時において、回転炉の炉内壁に還元鉄が付着することを抑制できるとともに、粒状物どうしの結合を抑制して、酸化鉄の還元反応を効率的に進行させることができ、特定の表面構造及びに所定のかさ密度を有する鉄構造体を生産性高く製造することができる。
粒状物の平均粒径は、上述した鉄構造体における測定方法と同様の方法で測定することができる。
粒状物の平均粒径は、例えば、造粒時において、造粒装置のポケット形状及びその内径等の寸法を適宜変更することによって調整することができる。
The granular material preferably has an average particle size of 1 mm or more, more preferably 1.5 mm or more.
The granular material preferably has an average particle size of 100 mm or less, more preferably 50 mm or less.
By making the granules have such an average particle size, it is possible to improve the granulation yield while preventing the reduced iron from adhering to the inner wall of the rotary furnace when heated in the rotary furnace as described below. It is also possible to prevent the granules from bonding with each other, thereby allowing the reduction reaction of the iron oxide to proceed efficiently, and to produce iron structures having a specific surface structure and a predetermined bulk density with high productivity.
The average particle size of the granular material can be measured by the same method as that for the iron structure described above.
The average particle size of the granules can be adjusted, for example, by appropriately changing the shape of the pockets of the granulation device and the dimensions thereof such as the inner diameter during granulation.
金属鉄を還元反応によって生成させる典型的な方法として、酸化鉄(III)を含む鉄鉱石等の鉄含有原料と、石炭等の炭素源を含有する固体還元剤とを、ロータリーキルン等の回転炉内に投入し、酸化鉄を還元処理して、主生成物である金属鉄(還元鉄)を生成させる方法が挙げられる。しかし、鉄含有原料として鉄鉱石やミルスケールを用いる場合、これらの原料は、目的とする鉄に加えて鉄以外の元素が多量に含まれているので、生成物である還元物中の金属鉄の純度を高めることは困難であり、十分な量の還元鉄の生成を安定的に行う点で改善の余地があった。また、上述した表面構造やかさ密度を有する鉄構造体を安定的に製造することができなかった。更に、この還元物を粉砕して得られた鉄粉は、所望の発熱特性を十分に発揮するものとはいえず、改善の余地があった。
また、十分な量の還元鉄の生成を安定的に行うことを目的として、鉄鉱石に代えて、酸化鉄(III)含有量が高い鉄含有原料を用いる場合、例えば酸化鉄(III)の粉末と炭素を含む固体還元剤の粉末とを混合した混合粉を回転炉内で加熱する態様や、酸化鉄(III)の塊状物と炭素を含む固体還元剤の粉末又は塊状物とを混合した混合物を回転炉内で加熱する態様が挙げられる。しかし、前者の方法によって、上述した表面構造やかさ密度を有する鉄構造体を製造する場合は、混合粉の構成粒子どうしが結合したり、該混合粉が回転炉内壁に付着しやすい性質を有することに起因して、回転炉内壁に混合粉あるいは還元鉄粉が多量に且つ強固に付着してしまう。その結果、内壁から還元鉄粉を剥離させるなどの別作業を更に行わなければならず、生産性を高める観点から不都合が生じ得る。また後者の場合は、酸化鉄の還元反応にムラが生じやすく、還元鉄を均一に且つ十分に生成させることができなかったり、あるいは混合物どうしが強固に結合し、還元後の生成物の粒径が過度に大きくなってしまうことがあった。
A typical method for producing metallic iron by reduction reaction is to charge an iron-containing raw material such as iron ore containing iron oxide (III) and a solid reducing agent containing a carbon source such as coal into a rotary kiln or other rotary furnace, reduce the iron oxide, and produce metallic iron (reduced iron) as the main product. However, when iron ore or mill scale is used as the iron-containing raw material, these raw materials contain a large amount of elements other than iron in addition to the target iron, so it is difficult to increase the purity of metallic iron in the reduced product, which is the product, and there is room for improvement in terms of stably producing a sufficient amount of reduced iron. In addition, it has not been possible to stably produce an iron structure having the above-mentioned surface structure and bulk density. Furthermore, the iron powder obtained by pulverizing this reduced product does not fully exhibit the desired heat generating properties, and there is room for improvement.
In addition, in order to stably produce a sufficient amount of reduced iron, an iron-containing raw material having a high content of iron oxide (III) may be used instead of iron ore. For example, a mixed powder obtained by mixing iron oxide (III) powder and a powder of a solid reducing agent containing carbon may be heated in a rotary furnace, or a mixture obtained by mixing a lump of iron oxide (III) and a powder or lump of a solid reducing agent containing carbon may be heated in a rotary furnace. However, when an iron structure having the above-mentioned surface structure and bulk density is produced by the former method, the constituent particles of the mixed powder may bond with each other, or the mixed powder may have a tendency to easily adhere to the inner wall of the rotary furnace, so that a large amount of the mixed powder or the reduced iron powder may adhere firmly to the inner wall of the rotary furnace. As a result, a separate operation such as peeling off the reduced iron powder from the inner wall must be performed, which may cause inconvenience in terms of increasing productivity. In the latter case, the reduction reaction of the iron oxide may be uneven, and the reduced iron may not be produced uniformly and sufficiently, or the mixture may be strongly bonded to each other, resulting in an excessively large particle size of the product after reduction.
これらの点を改善することについて本発明者が鋭意検討したところ、酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを含有し、所定の粒径を有する粒状物を回転炉内で加熱することによって、粒状物どうしが結合することなく酸化鉄の還元反応を均一に且つ効率的に進行させることができるとともに、生成した還元鉄が回転炉内壁に付着したり、還元鉄どうしが結合したりすることを低減できることを見出した。また粒状物として、酸化鉄の粉末及び炭素質還元剤の粉末とともに、無機バインダを混合し、所定の粒径となるように粒状物を造粒したものを用いることによって本発明の効果が顕著に奏されることも見出した。 The inventors have conducted extensive research into ways to improve these points, and have found that by heating granular material containing iron oxide, a carbonaceous reducing agent, and an inorganic binder and having a specified particle size in a rotary furnace, the reduction reaction of the iron oxide can proceed uniformly and efficiently without the granular material bonding to itself, and that the reduced iron produced can be prevented from adhering to the inner wall of the rotary furnace or bonding to itself. They have also found that the effects of the present invention can be significantly achieved by using a granular material prepared by mixing an inorganic binder with iron oxide powder and a carbonaceous reducing agent powder, and granulating the granular material to a specified particle size.
粒状物中の酸化鉄(III)の含有量は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは60質量%以上、更に好ましくは70質量%以上とする。
粒状物中の酸化鉄(III)の含有量は、好ましくは90質量%以下、より好ましくは85質量%以下、更に好ましくは80質量%以下とする。
粒状物中の酸化鉄(III)の含有量を上述した範囲にすることによって、純度の高い還元鉄を効率的に得ることができる。
酸化鉄(III)の含有量は、JIS M8212:2005に準じて測定される全鉄の含有量から、ISO5416に準じて測定される金属鉄の含有量とJIS M8213に準じて測定される酸化鉄(II)の含有量とを差し引くことで算出することができる。酸化鉄(III)を含有する原料を複数用いる場合、酸化鉄(III)の含有量はその合計量に基づくものとする。
The content of iron (III) oxide in the granules is preferably 50% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and even more preferably 70% by mass or more.
The content of iron (III) oxide in the granules is preferably 90% by mass or less, more preferably 85% by mass or less, and even more preferably 80% by mass or less.
By setting the content of iron (III) oxide in the granules within the above-mentioned range, reduced iron with high purity can be efficiently obtained.
The content of iron (III) oxide can be calculated by subtracting the content of metallic iron measured in accordance with ISO 5416 and the content of iron (II) oxide measured in accordance with JIS M8213 from the content of total iron measured in accordance with JIS M8212:2005. When multiple raw materials containing iron (III) oxide are used, the content of iron (III) oxide is based on the total amount thereof.
粒状物中の炭素質還元剤の含有量は、炭素含有量で表して、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは20質量%以上とし、また、好ましくは50質量%以下、より好ましくは45質量%以下、更に好ましくは40質量%以下とする。
粒状物中の炭素質還元剤の含有量を上述した範囲にすることによって、酸化鉄の還元反応を促進させて、還元鉄を効率的に得ることができる。
炭素質還元剤の含有量は、JIS M8812に規定される方法に準じて測定することができる。炭素質還元剤を複数用いる場合、炭素質還元剤の含有量はその合計量に基づくものとする。
The content of the carbonaceous reducing agent in the granular material, expressed in terms of carbon content, is preferably 5 mass% or more, more preferably 10 mass% or more, even more preferably 20 mass% or more, and is preferably 50 mass% or less, more preferably 45 mass% or less, even more preferably 40 mass% or less.
By setting the content of the carbonaceous reducing agent in the granular material within the above-mentioned range, the reduction reaction of iron oxide can be promoted, and reduced iron can be efficiently obtained.
The content of the carbonaceous reducing agent can be measured in accordance with the method specified in JIS M 8812. When a plurality of carbonaceous reducing agents are used, the content of the carbonaceous reducing agents is based on the total amount thereof.
粒状物中の無機バインダの含有量は、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.8質量%以上、更に好ましくは1質量%以上とする。
粒状物中の無機バインダの含有量は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4.5質量%以下、更に好ましくは4質量%以下とする。
粒状物中の無機バインダの含有量を上述した範囲にすることによって、酸化鉄と炭素質還元剤とを均一に混合することができるとともに、粒状物の造粒を生産性高く行うことができる。
The content of the inorganic binder in the granular material is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.8% by mass or more, and further preferably 1% by mass or more.
The content of the inorganic binder in the granular material is preferably 5% by mass or less, more preferably 4.5% by mass or less, and further preferably 4% by mass or less.
By setting the content of the inorganic binder in the granular material within the above-mentioned range, the iron oxide and the carbonaceous reducing agent can be mixed uniformly, and the granular material can be granulated with high productivity.
粒状物の圧壊強度は、好ましくは30N以上、より好ましくは40N以上、更に好ましくは50N以上である。
また粒状物の圧壊強度は、好ましくは400N以下、より好ましくは350N以下、更に好ましくは300N以下である。
粒状物がこのような圧壊強度を有することによって、回転炉内での加熱時に意図しない崩壊を防いで、還元鉄を効率よく生成させることができる。
粒状物の圧壊強度は、上述した鉄構造体の圧壊強度の測定方法と同様に測定することができる。
粒状物の圧壊強度は、例えば、酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダの各含有量を上述の範囲となるように調整したり、無機バインダの種類を好適なものを用いたり、造粒条件を変更することによって調整することができる。
The crushing strength of the granules is preferably 30N or more, more preferably 40N or more, and further preferably 50N or more.
The crushing strength of the granules is preferably 400N or less, more preferably 350N or less, and further preferably 300N or less.
When the granules have such a crushing strength, unintended collapse during heating in the rotary furnace can be prevented, and reduced iron can be efficiently produced.
The crushing strength of the granular material can be measured in the same manner as in the above-mentioned method for measuring the crushing strength of an iron structure.
The crushing strength of the granules can be adjusted, for example, by adjusting the contents of iron oxide, carbonaceous reducing agent and inorganic binder so that they fall within the above-mentioned ranges, by using a suitable type of inorganic binder, or by changing the granulation conditions.
酸化鉄を粉末として用いる場合、原料を均一に混合して、酸化鉄の分布状態が均一な粒状物を得やすくする観点から、酸化鉄粉末を構成する粒子の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは0.5μm以上であり、また、好ましくは20μm以下、更に好ましくは10μm以下である。
また、炭素質還元剤を粉末して用いる場合、原料を均一に混合して、炭素質還元剤の分布状態を均一にして、還元反応を効率よく進行可能な粒状物を得やすくする観点から、炭素質還元剤を構成する粒子の平均粒子径は、好ましくは10μm以上、更に好ましくは20μm以上であり、また、好ましくは5000μm以下、更に好ましくは3000μm以下である。
When iron oxide is used as a powder, from the viewpoint of uniformly mixing the raw materials and easily obtaining granular material with a uniform distribution of iron oxide, the average particle size of the particles constituting the iron oxide powder is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.
Furthermore, when the carbonaceous reducing agent is used in powder form, from the viewpoint of uniformly mixing the raw materials, uniformly distributing the carbonaceous reducing agent, and easily obtaining a granular material capable of efficiently progressing the reduction reaction, the average particle size of the particles constituting the carbonaceous reducing agent is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and is preferably 5000 μm or less, more preferably 3000 μm or less.
酸化鉄粉末及び炭素質還元剤粉末における平均粒子径は、それぞれ独立して、レーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される体積基準のメジアン径とすることができる。本測定は、株式会社堀場製作所製LA-950V2を用い、標準の湿式循環セルを利用し、屈折率を実数部3.5、虚数部3.8iとし、分散媒として水を用い屈折率を1.33とし、循環速度を15に、撹拌を5にそれぞれ設定し、常法に従って行うことができる。 The average particle size of the iron oxide powder and the carbonaceous reducing agent powder can be the volume-based median size measured independently by a laser diffraction particle size distribution measuring device. This measurement can be performed in the usual manner using a HORIBA, Ltd. LA-950V2, a standard wet circulation cell, a refractive index of 3.5 for the real part and 3.8i for the imaginary part, a refractive index of 1.33 using water as the dispersion medium, a circulation speed of 15, and an agitation speed of 5.
次いで、粒状物を回転炉内で加熱して、粒状物中の酸化鉄を金属鉄に還元する。回転炉としては、例えばロータリーキルンが挙げられる。
回転炉の加熱方式は、粒状物を直接加熱する内燃式であってもよく、回転炉の外壁を加熱して、該熱を回転炉内部の粒状物に伝達させて加熱する外燃式であってもよい。外部からの粉塵等の混入を防いで、高品質の鉄構造体を得る観点から、外燃式の回転炉を用いることが好ましい。
また、粒状物の回転炉内への供給は、単回で供給してもよく、回転炉の加熱中に断続的に複数回又は連続的に供給してもよい。粒状物の供給は、加熱前に予め行っておいてもよく、加熱中に供給してもよい。
The granules are then heated in a rotary furnace, such as a rotary kiln, to reduce the iron oxide in the granules to metallic iron.
The heating method of the rotary kiln may be an internal combustion type that directly heats the granular material, or an external combustion type that heats the outer wall of the rotary kiln and transfers the heat to the granular material inside the rotary kiln. From the viewpoint of preventing the intrusion of dust and the like from the outside and obtaining a high-quality iron structure, it is preferable to use an external combustion type rotary kiln.
The granular material may be fed into the rotary furnace once, or may be fed intermittently multiple times or continuously during heating of the rotary furnace. The granular material may be fed before heating or may be fed during heating.
粒状物の加熱温度は、好ましくは850℃以上、より好ましくは880℃以上、更に好ましくは900℃以上とする。粒状物の加熱温度は、好ましくは1000℃以下、より好ましくは980℃以下、更に好ましくは950℃以下とする。
また粒状物の加熱時間は、上述の加熱温度範囲であることを条件として、好ましくは0.5時間以上、更に好ましくは1時間以上であり、好ましくは10時間以下、更に好ましくは8時間以下である。
このような条件で粒状物を加熱することによって、粒状物の内部に存在する酸化鉄も効率よく還元させることができるとともに、特定の表面構造及びに所定のかさ密度を有する鉄構造体を生産性高く製造することができる。
The heating temperature of the granular material is preferably 850° C. or higher, more preferably 880° C. or higher, and even more preferably 900° C. or higher. The heating temperature of the granular material is preferably 1000° C. or lower, more preferably 980° C. or lower, and even more preferably 950° C. or lower.
The heating time for the granules is preferably 0.5 hours or more, more preferably 1 hour or more, and is preferably 10 hours or less, more preferably 8 hours or less, provided that the heating temperature is within the above-mentioned range.
By heating the granules under such conditions, the iron oxide present inside the granules can be efficiently reduced, and iron structures having a specific surface structure and a predetermined bulk density can be produced with high productivity.
回転炉内への粒状物の添加量は、粒状物の加熱を均一に行って還元反応を促進させるとともに、特定の表面構造及びに所定のかさ密度を有する鉄構造体を生産性高く製造する観点から、回転炉の内容積に対する粒状物の体積割合を、好ましくは5体積%以上とし、好ましくは10体積%とする。 The amount of granular material added to the rotary furnace is preferably 5% by volume or more, and more preferably 10% by volume, in order to heat the granular material uniformly to promote the reduction reaction and to produce iron structures with a specific surface structure and a specified bulk density with high productivity.
粒状物の加熱は、粒状物が導入される回転炉の内部に気体を供給しながら行うことが好ましい。供給される気体としては、例えば空気等の酸化性ガスや、窒素ガスや希ガス等の不活性ガス等が挙げられる。つまり、粒状物の加熱は、好ましくは酸化性ガス雰囲気又は不活性ガス雰囲気で行う。
また、供給される気体の流量は、回転炉内の容積に応じて適宜変更可能であるが、例えば、回転炉内の内容積を19.6Lとしたときに、気体の標準状態において、好ましくは0.1L/min以上とし、好ましくは0.2L/min以下とすることができる。
The granular material is preferably heated while supplying a gas into the rotary furnace into which the granular material is introduced. Examples of the gas to be supplied include an oxidizing gas such as air, and an inert gas such as nitrogen gas or a rare gas. In other words, the granular material is preferably heated in an oxidizing gas atmosphere or an inert gas atmosphere.
In addition, the flow rate of the gas supplied can be appropriately changed depending on the volume of the rotary furnace. For example, when the internal volume of the rotary furnace is 19.6 L, the flow rate can be preferably 0.1 L/min or more and preferably 0.2 L/min or less under standard gas conditions.
粒状物の加熱開始時点では、回転炉の内部は空気雰囲気又は窒素などの不活性ガス雰囲気であるが、加熱温度の上昇に伴い、炭素系還元剤が分解して一酸化炭素が発生して、回転炉内は還元性ガスを含有する雰囲気となる。この雰囲気下において、一酸化炭素が酸化鉄を還元して、金属鉄(Fe)を生成させる。また、金属鉄の生成に伴って、一酸化炭素から二酸化炭素が生成されるところ、二酸化炭素は炭素系還元剤と反応して一酸化炭素となり、該一酸化炭素が加熱炉の内部に拡散して酸化鉄を還元する。これらの化学反応が回転炉内で繰り返されて、少なくとも表面に金属鉄を含む繊維状物が網目状に複数形成され、所定のかさ密度を有する鉄構造体が生成する。 When the granular material starts to be heated, the inside of the rotary furnace is an air atmosphere or an inert gas atmosphere such as nitrogen, but as the heating temperature rises, the carbon-based reducing agent decomposes to generate carbon monoxide, and the rotary furnace becomes an atmosphere containing a reducing gas. In this atmosphere, the carbon monoxide reduces the iron oxide to generate metallic iron (Fe). In addition, as metallic iron is generated, carbon dioxide is generated from the carbon monoxide, which reacts with the carbon-based reducing agent to become carbon monoxide, which diffuses into the heating furnace and reduces the iron oxide. These chemical reactions are repeated in the rotary furnace, and multiple fibrous materials containing metallic iron are formed in a mesh pattern at least on the surface, generating an iron structure with a predetermined bulk density.
鉄構造体は、所定の平均粒径を有する粒状物を用いて好適に製造されるものであるところ、還元処理中の回転炉内において、粒状物は回転炉内壁と接触したり、あるいは粒状物どうしが接触したりしうる。したがって、還元処理前後における粒状物及び鉄構造体の形態の関係については、製造条件に応じて、(i)還元処理前後で実質的に同一の形態、(ii)還元処理を経て角部や突起が形成されたり、角部や突起が面取りされたりするなどした不規則な形態、又は(iii)還元処理中に粒状物が結合して、使用した粒状物の平均粒径よりも大きい粒径となった塊状物の形態、である鉄構造体が生成し得る。
製造物である鉄構造体の集合体中には、これらの形態のうち一つの形態のみが存在してもよく、複数の形態が混在していてもよい。
前記(i)及び(ii)の形態である場合、原料である粒状物の平均粒径と、製造物である鉄構造体の平均粒径とは実質的に同一であるか、又は鉄構造体の平均粒径が粒状物の平均粒径よりも小さいものとなる。
本製造方法の好適な態様では、前記(i)及び(ii)の形態を有する鉄構造体が主生成物として製造される。
The iron structure is preferably manufactured using granular materials having a predetermined average particle size, and in the rotary furnace during the reduction treatment, the granular materials may come into contact with the inner wall of the rotary furnace or with each other. Therefore, depending on the manufacturing conditions, the relationship between the shape of the granular materials and the iron structure before and after the reduction treatment may be such that (i) the shape is substantially the same before and after the reduction treatment, (ii) the shape is irregular, such as when corners or protrusions are formed or the corners or protrusions are chamfered after the reduction treatment, or (iii) the shape of a mass in which the granular materials are bonded during the reduction treatment to form a particle size larger than the average particle size of the granular materials used may be produced.
In the assembly of iron structures that is the product, only one of these forms may be present, or a mixture of a plurality of forms may be present.
In the cases of forms (i) and (ii) above, the average particle size of the raw material granules and the average particle size of the finished iron structure are substantially the same, or the average particle size of the iron structure is smaller than the average particle size of the granules.
In a preferred embodiment of the present production method, an iron structure having the above forms (i) and (ii) is produced as a main product.
以上の工程を経て、目的とする鉄構造体を得ることができる。この鉄構造体は、かさ密度が好ましくは0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下である。また、この鉄構造体は、好ましくは表面及び内部の双方が金属鉄を含む複数の繊維状物から構成された網目状の構造を有する。
鉄構造体は、必要に応じて、純度が高い鉄構造体を選出する選鉱処理に供された後、粉砕等の以後の工程に供されて、鉄粉とすることができる。この鉄粉は、鉄粉(被酸化性金属)と空気中の酸素との酸化反応に伴う発熱を利用して発熱する発熱組成物の材料として使用される。つまり、鉄構造体を粉砕して得られた鉄粉は、発熱組成物の用途に好適である。
Through the above steps, the desired iron structure can be obtained. This iron structure preferably has a bulk density of 0.3 g/ cm3 or more and 1.5 g/ cm3 or less. In addition, this iron structure preferably has a mesh-like structure in which both the surface and the interior are composed of a plurality of fibrous materials containing metallic iron.
If necessary, the iron structure can be subjected to a dressing process to select an iron structure with high purity, and then subjected to subsequent processes such as pulverization to produce iron powder. This iron powder is used as a material for a heat-generating composition that generates heat by utilizing heat generated by an oxidation reaction between the iron powder (an oxidizable metal) and oxygen in the air. In other words, the iron powder obtained by pulverizing the iron structure is suitable for use in a heat-generating composition.
またこの鉄粉は、鉄構造体を粉砕したものであるので、平均粒径を除いて、鉄構造体が有する構造及び特性と実質的に同一の構造及び特性を有する。具体的には、鉄粉の粒子の少なくとも表面の一部は、金属鉄を含む複数の繊維状物がランダムに存在して網目状の構造となっている、繊維状物の集合体であることが好ましい。また、鉄粉のかさ密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下であることも好ましい。このような特性が維持されていることによって、鉄粉は発熱特性に優れるたものとなる。 In addition, since this iron powder is obtained by pulverizing an iron structure, it has substantially the same structure and characteristics as the iron structure, except for the average particle size. Specifically, it is preferable that at least a part of the surface of the iron powder particle is an aggregate of fibrous materials, in which a plurality of fibrous materials containing metallic iron are randomly present to form a mesh-like structure. It is also preferable that the bulk density of the iron powder is 0.3 g/ cm3 or more and 1.5 g/ cm3 or less. By maintaining such characteristics, the iron powder has excellent heat generation characteristics.
選鉱処理を行う場合、選鉱処理は公知の方法を特に制限なく用いることができ、例えば、磁性のある金属鉄分と非磁性の成分(脈石)とを磁力で分離する方法(磁力選鉱法)を例示できる。 When performing ore-dressing, any known method can be used without particular restrictions, for example, a method of separating magnetic metallic iron from non-magnetic components (gangue) using magnetic force (magnetic ore-dressing method) can be exemplified.
鉄構造体を粉砕処理する方法は特に限定されず、公知の方法を採用でき、例えば、ロッドミル、ロールクラッシャ、ボールミル、ディスクミル、カッターミル、ハンマーミルなどの公知の粉砕機を用いて実施すればよい。 The method for crushing the iron structure is not particularly limited, and any known method can be used, for example, using a known crusher such as a rod mill, roll crusher, ball mill, disk mill, cutter mill, or hammer mill.
得られた鉄構造体から鉄粉を製造する場合には、鉄粉の発熱特性を十分に発現させる観点から、鉄構造体を所定の粒径となるように粉砕することが好ましい。具体的には、鉄構造体を、平均粒径が好ましくは5μm以上、更に好ましくは20μm以上、また、好ましくは500μm以下、更に好ましくは100μm以下となるように粉砕する。鉄粉の平均粒径は、例えば、酸化鉄粉末及び炭素質還元剤粉末における平均粒子径の測定方法と同様の方法で測定することができる。 When producing iron powder from the obtained iron structure, it is preferable to pulverize the iron structure to a predetermined particle size from the viewpoint of fully expressing the heat generating properties of the iron powder. Specifically, the iron structure is pulverized to an average particle size of preferably 5 μm or more, more preferably 20 μm or more, and preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less. The average particle size of the iron powder can be measured, for example, by a method similar to the method for measuring the average particle size of iron oxide powder and carbonaceous reducing agent powder.
また、発熱特性に優れた鉄粉を得る観点から、鉄構造体における特定の表面構造及び所定のかさ密度がなるべく維持されたまま粉体化されることが好ましく、そのためには、鉄構造体の粉砕の程度を、従来よりも弱くすることが好ましい。 In addition, from the viewpoint of obtaining iron powder with excellent heat generation properties, it is preferable that the specific surface structure and the specified bulk density of the iron structure are maintained as much as possible during powderization, and for this purpose, it is preferable to crush the iron structure to a lesser degree than in the past.
上述した平均粒径を満たし且つ、鉄構造体における特定の表面構造及び所定のかさ密度が維持された鉄粉を得るためには、例えば、以下の粉砕方法を採用することができる。
すなわち、0.05kgの鉄構造体に対して、振動式ディスクミル(例えば、ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、商品名「RS200」)を用いて、回転数700~1000rpmで5~300秒程度の粉砕処理を行うことができる。このような粉砕処理を行うことによって、上述した平均粒子径、特定の表面構造及び所定のかさ密度を満たす金属鉄粒子の集合体からなる鉄粉を容易に得ることができる。
得られた鉄粉は、必要に応じて、更にふるい分けを行って、粒子径及び粒度を調整してもよい。
In order to obtain iron powder that satisfies the above-mentioned average particle size and maintains a specific surface structure and a predetermined bulk density in the iron structure, for example, the following crushing method can be adopted.
That is, a 0.05 kg iron structure can be pulverized using a vibrating disc mill (e.g., Verder Scientific, product name "RS200") at a rotation speed of 700 to 1000 rpm for about 5 to 300 seconds. By carrying out such pulverization, it is possible to easily obtain iron powder consisting of an aggregate of metallic iron particles that satisfy the above-mentioned average particle size, specific surface structure, and predetermined bulk density.
The obtained iron powder may be further sieved as necessary to adjust the particle size and particle diameter.
鉄構造体を粉砕して得られた鉄粉は、そのかさ密度が好ましくは0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下である。このことに起因して、鉄粉はハンドリング性が高く且つ発熱特性に優れたものとなるので、発熱組成物の用途として好適である。
発熱組成物は、典型的には、被酸化性金属、活性炭等の炭素材料、食塩や金属水酸化物等の電解質並びに水を含有するものであり、被酸化性金属として、鉄構造体を粉砕して得られた鉄粉を用いることができる。
The iron powder obtained by pulverizing the iron structure preferably has a bulk density of 0.3 g/ cm3 or more and 1.5 g/ cm3 or less. Due to this, the iron powder has high handleability and excellent heat generation properties, and is therefore suitable for use in a heat-generating composition.
The heat generating composition typically contains an oxidizable metal, a carbon material such as activated carbon, an electrolyte such as salt or a metal hydroxide, and water. As the oxidizable metal, iron powder obtained by pulverizing an iron structure can be used.
発熱組成物は、例えばこれをシート状基材に積層して発熱体とし、該発熱体を備える発熱具とすることができる。図2(a)には、発熱組成物を含む発熱体の一実施形態が示されており、図2(b)及び(c)には、発熱体を備える発熱具の一実施形態が示されている。 The heat generating composition can be laminated, for example, on a sheet-like substrate to form a heat generating element, and a heat generating tool equipped with the heat generating element can be made. FIG. 2(a) shows one embodiment of a heat generating element including the heat generating composition, and FIGS. 2(b) and (c) show one embodiment of a heat generating tool equipped with a heat generating element.
図2(a)に示す実施形態では、発熱体1は、発熱組成物2が第1のシート状基材11と、第2のシート状基材12との間に積層されて配された構造となっている。
各シート状基材11,12の構成材料としては、当該技術分野において従来用いられてきたものと同様のものを用いることができ、例えば、合成樹脂フィルム等の不透気性材料、不織布や紙等の繊維シートからなる透気性材料、あるいは該不透気性材料と該繊維シートとのラミネート等が挙げられる。
また、各シート状基材11,12は吸水性を有していても良く、例えば親水性繊維を含む繊維シート、吸水性ポリマーの粒子及び親水性繊維を含む高吸収性シート等が挙げられる。各シート状基材11,12は同じ材料で構成されていてもよく、異なる材料から構成されていてもよい。酸化反応に起因した発熱体の発熱持続性の観点から、各シート状基材11,12のうち、少なくとも一方のシートは透気性を有していることが好ましい。
これに代えて、一枚のシート状基材の一方の面に発熱組成物が積層されたのみの二層構造の発熱体としてもよい。発熱体1は、例えばスラリー状の発熱組成物をシート状基材の一方の面に塗布したり、粉状又は塊状の発熱組成物をシート状基材の一方の面に散布したりすることによって、形成することができる。
In the embodiment shown in FIG. 2(a), the
The constituent materials of each sheet-
In addition, each sheet-
Alternatively, the heating element may have a two-layer structure in which the heating composition is laminated on one side of a sheet-like substrate. The
図2(b)及び(c)に示す発熱具10は、発熱体1と、該発熱体1を収容する扁平状の袋体20とを含んで構成されている。発熱体1は、発熱具10において熱を発生させる部材であり、上述の組成を有する発熱組成物2を含んで構成されている。袋体20は、発熱体1の全体を包囲して、発熱具10の外面をなす部材であり、その一部又は全体に通気性を有する。発熱具10においては、発熱体1は、袋体20に固定されていてもよく、発熱体1と袋体20とは固定されておらず、別個に移動可能となっていてもよい。
The
図2(c)に示すように、袋体20は、第1のシート材21と第2のシート材22とを備えている。第1のシート材21と第2のシート材22とは、発熱体1の周縁から外方に延出する延出部をそれぞれ有し、その延出部どうしが発熱体1を取り囲むように接合されて、内部に空間を有する袋状に形成されている。各シート材は、上述した透気性材料や非透気性材料、通気性を有する多孔性シート、吸水性ポリマーをシートの一方の面に保持させた吸水性シート等を用いることができる。
As shown in FIG. 2(c), the
発熱組成物、発熱体及び発熱具に含まれる鉄粉の物性を測定するに当たり、当該鉄粉をを回収する方法としては、発熱組成物又は発熱体の内容物を不活性雰囲気下で乾燥させたのち、磁力選別して磁石に付着する鉄粉のみを回収する方法や、あるいは発熱組成物又は発熱体の内容物を多量の水に分散させた分散液を遠心分離して、沈殿した鉄粉を不活性雰囲気下で乾燥することによって回収する方法が挙げられる。鉄の酸化反応は、金属鉄、水及び酸素が必要となるところ、上述した回収方法はいずれも水又は酸素の非存在下で行われるので、鉄粉の酸化反応を生じさせずに鉄粉を回収することができる。 When measuring the physical properties of the iron powder contained in the heat generating composition, heat generating element, and heat generating tool, methods for recovering the iron powder include a method in which the contents of the heat generating composition or heat generating element are dried in an inert atmosphere, and then magnetically separated to recover only the iron powder that adheres to a magnet, or a method in which the contents of the heat generating composition or heat generating element are dispersed in a large amount of water, centrifuged, and the precipitated iron powder is recovered by drying in an inert atmosphere. The oxidation reaction of iron requires metallic iron, water, and oxygen, but all of the above-mentioned recovery methods are carried out in the absence of water or oxygen, so the iron powder can be recovered without causing an oxidation reaction of the iron powder.
上述した構成を有する発熱具は、使い捨てカイロなど発熱物品として使用することができる。本発明が適用可能な発熱具は、人体に直接適用されるか、又は衣類に適用されて、人体の加温に好適に用いられる。人体における適用部位としては例えば肩、首、顔、目、腰、肘、膝、太腿、下腿、腹、下腹部、手、足裏等が挙げられる。また、本発明が適用可能な発熱具は、人体の他に、各種の物品に適用されてその加温や保温等にも好適に用いられる。また、発熱具を適用部位に固定するために、包材の外面に公知の粘着剤が塗工されていてもよい。 The heating tool having the above-mentioned configuration can be used as a heating article such as a disposable hand warmer. The heating tool to which the present invention is applicable is applied directly to the human body or to clothing and is preferably used to warm the human body. Examples of application areas on the human body include the shoulders, neck, face, eyes, lower back, elbows, knees, thighs, lower legs, abdomen, lower abdomen, hands, and soles of the feet. In addition to the human body, the heating tool to which the present invention is applicable can also be applied to various items and is preferably used to warm or keep them warm. In addition, a known adhesive may be applied to the outer surface of the packaging material in order to fix the heating tool to the application area.
以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は前記実施形態に制限されない。 The present invention has been described above based on its preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments.
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明する。しかしながら本発明の範囲は、かかる実施例に制限されない。 The present invention will be described in more detail below with reference to examples. However, the scope of the present invention is not limited to these examples.
〔実施例1〕
(1.混合工程)
まず、酸化鉄1.3kg、炭素質還元剤0.3kg及び無機バインダ0.06kgを混合装置(オープンニーダ、株式会社森山製作所製、型番:SV5-3)に投入して30分間混合し、粘性を有する混合物を得た。酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダは、以下に示す原料を用いた。
<原料>
・酸化鉄:酸化鉄(III)粉末(噴霧焙焼粉、JFEケミカル株式会社製、製品名:JC-DS、酸化鉄(III)含有量:99質量%以上、平均粒子径:6μm)
・炭素質還元剤:バイオマス炭粉末(大阪ガスケミカル株式会社製、製品名:ヤシ殻炭化品、炭素含有量:78質量%、平均粒子径:0.2~2.8mm、含水率:12質量%)
・無機バインダ:ケイ酸ナトリウムカルシウム水溶液(富士フィルム和光純薬株式会社製、ケイ酸ナトリウム濃度:54.5質量%)
Example 1
(1. Mixing step)
First, 1.3 kg of iron oxide, 0.3 kg of carbonaceous reducing agent, and 0.06 kg of inorganic binder were charged into a mixer (open kneader, manufactured by Moriyama Seisakusho Co., Ltd., model number: SV5-3) and mixed for 30 minutes to obtain a viscous mixture. The iron oxide, carbonaceous reducing agent, and inorganic binder were the raw materials shown below.
<Ingredients>
Iron oxide: iron (III) oxide powder (spray roasted powder, manufactured by JFE Chemical Corporation, product name: JC-DS, iron (III) oxide content: 99% by mass or more, average particle size: 6 μm)
Carbonaceous reducing agent: Biomass charcoal powder (manufactured by Osaka Gas Chemicals Co., Ltd., product name: coconut shell carbonized product, carbon content: 78% by mass, average particle size: 0.2 to 2.8 mm, moisture content: 12% by mass)
Inorganic binder: sodium calcium silicate aqueous solution (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., sodium silicate concentration: 54.5% by mass)
(2.粒状物作製工程)
次いで、得られた混合物を、新東工業株式会社製のブリケッタBGS-0Nに投入して、以下の造粒条件にて造粒し、その造粒物を105℃、24時間乾燥して、粒状物を得た。粒状物中の酸化鉄(III)、炭素質還元剤及びケイ酸ナトリウムの各含有量並びに粒状物の平均粒径を以下の表1に示す。
<造粒条件>
ロールポケットサイズ:18.0mm×14.1mm×3.3mm、ロール径:114mm、ロール厚み:3.5mm、ロール間圧力:35kN、ロール回転数:3.4rpm、混合物供給量:22kg/h。
(2. Granular material preparation process)
The mixture was then charged into a briquette BGS-0N manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd. and granulated under the following granulation conditions, and the granulated material was dried at 105° C. for 24 hours to obtain a granular material. The contents of iron oxide (III), carbonaceous reducing agent, and sodium silicate in the granular material, as well as the average particle size of the granular material, are shown in Table 1 below.
<Granulation conditions>
Roll pocket size: 18.0 mm x 14.1 mm x 3.3 mm, roll diameter: 114 mm, roll thickness: 3.5 mm, pressure between rolls: 35 kN, roll rotation speed: 3.4 rpm, mixture supply rate: 22 kg/h.
(3.還元工程)
最後に、加熱炉として、回転炉である外燃式のロータリーキルン(高砂工業株式会社製のバッチ式ロータリーキルン(内直径:250mm、加熱帯長さ:400mm、加熱帯組成:INC601製)を用い、該回転炉内に2.1kgの粒状物を投入した。そして、キルン回転数を1rpmとし、回転炉内に供給する気体として窒素を用い、回転炉内の窒素流量を1L/minとして、窒素雰囲気下、表1に示す温度及び時間の条件で加熱することにより酸化鉄を金属鉄に還元し、鉄構造体を得た。
得られた鉄構造体は塊状体であり、その少なくとも表面に存在する複数の繊維状物が網目構造を形成していることを電子顕微鏡により確認した。また、鉄構造体の内部は、金属鉄を含む複数の繊維状物から構成された網目状の構造を有していた。本実施例の鉄構造体の物性を以下の表1に示す。
(3. Reduction step)
Finally, an external combustion rotary kiln (a batch type rotary kiln manufactured by Takasago Industrial Co., Ltd. (inner diameter: 250 mm, heating zone length: 400 mm, heating zone composition: INC601) was used as the heating furnace, and 2.1 kg of granular material was put into the rotary kiln. The kiln rotation speed was set to 1 rpm, nitrogen was used as the gas supplied into the rotary kiln, and the nitrogen flow rate in the rotary kiln was set to 1 L/min. The iron oxide was reduced to metallic iron by heating under the temperature and time conditions shown in Table 1 in a nitrogen atmosphere, and an iron structure was obtained.
The iron structure obtained was a lump, and it was confirmed by an electron microscope that a plurality of fibrous materials present at least on the surface formed a mesh structure. The inside of the iron structure had a mesh structure composed of a plurality of fibrous materials containing metallic iron. The physical properties of the iron structure of this example are shown in Table 1 below.
〔実施例2〕
混合物の製造にあたり、実施例1と同様の原料を用いた。混合物の製造は、まず、酸化鉄5.4kg及び炭素質還元剤1.35kgを混合装置(新東工業株式会社製、ミックスマラーMSG-05)に投入して10分間混合したあと、無機バインダ1.07kgを前記混合装置に投入して更に20分間混合し、粘性を有する混合物を得た。混合条件は、混合物の製造開始から製造終了まで、圧縮加圧28kg、クリアランス1mmに設定した。
Example 2
The mixture was produced using the same raw materials as in Example 1. The mixture was produced by first putting 5.4 kg of iron oxide and 1.35 kg of carbonaceous reducing agent into a mixer (Mixmuller MSG-05, manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd.) and mixing for 10 minutes, and then putting 1.07 kg of inorganic binder into the mixer and mixing for an additional 20 minutes to obtain a viscous mixture. The mixing conditions were set to a compression pressure of 28 kg and a clearance of 1 mm from the start to the end of the production of the mixture.
(2.粒状物作製工程)
次いで、得られた混合物を、新東工業株式会社製のブリケッタBGS-3Nに投入して、以下の造粒条件にて造粒し、その造粒物を105℃、24時間乾燥して、粒状物を得た粒状物中の酸化鉄(III)、炭素質還元剤及びケイ酸ナトリウムの各含有量並びに粒状物の平均粒径を以下の表1に示す。
<造粒条件>
ロールポケットサイズ:18.6mm×14.1mm×3.3mm、ロール径:228mm、ロール厚み:4.8mm、ロール間圧力:75kN、ロール回転数:10rpm、混合物供給量:170kg/h。
(2. Granular material preparation process)
Next, the obtained mixture was put into a briquette BGS-3N manufactured by Shinto Kogyo Co., Ltd. and granulated under the following granulation conditions. The granulated product was dried at 105°C for 24 hours to obtain granules. The contents of iron oxide (III), carbonaceous reducing agent and sodium silicate in the granules and the average particle size of the granules are shown in Table 1 below.
<Granulation conditions>
Roll pocket size: 18.6 mm x 14.1 mm x 3.3 mm, roll diameter: 228 mm, roll thickness: 4.8 mm, pressure between rolls: 75 kN, roll rotation speed: 10 rpm, mixture supply rate: 170 kg/h.
(3.還元工程)
最後に、加熱炉として、回転炉である外燃式のロータリーキルン(高砂工業株式会社製、連続式ロータリーキルン(内直径:300mm、加熱帯長さ:2400mm、加熱帯組成:SUS310S製)を用い、該回転炉内に粒状物を9kg/hの速度で連続的に供給した。そして、キルン回転数を1.6rpmとし、回転炉内に供給する気体として空気を用い、回転炉内の空気流量を1L/minとして、空気雰囲気下、表1に示す温度及び時間の条件加熱することにより酸化鉄を金属鉄に還元し、鉄構造体を得た。
得られた鉄構造体は塊状体であり、その少なくとも表面に存在する複数の繊維状物が網目構造を形成していることを電子顕微鏡により確認した。また、鉄構造体の内部は、金属鉄を含む複数の繊維状物から構成された網目状の構造を有していた。また還元鉄を含む生成物の一部は、生成物同士が結合し、その平均粒径が粒状物の平均粒径よりも大きくなった大粒の塊状体となった状態で確認された。本実施例の鉄構造体の物性を以下の表1に示す。
(3. Reduction step)
Finally, an external combustion rotary kiln (manufactured by Takasago Industrial Co., Ltd., continuous rotary kiln (inner diameter: 300 mm, heating zone length: 2400 mm, heating zone composition: made of SUS310S) was used as the heating furnace, and the granular material was continuously supplied into the rotary kiln at a rate of 9 kg/h. The kiln rotation speed was set to 1.6 rpm, air was used as the gas supplied into the rotary kiln, and the air flow rate in the rotary kiln was set to 1 L/min. The iron oxide was reduced to metallic iron by heating under the conditions of the temperature and time shown in Table 1 in an air atmosphere, and an iron structure was obtained.
The obtained iron structure was a lump, and it was confirmed by an electron microscope that a plurality of fibrous materials present at least on the surface formed a mesh structure. The interior of the iron structure had a mesh structure composed of a plurality of fibrous materials containing metallic iron. It was also confirmed that some of the products containing reduced iron were in a state in which the products were bonded together to form large aggregates whose average particle size was larger than the average particle size of the granular materials. The physical properties of the iron structure of this example are shown in Table 1 below.
〔実施例3〕
混合物の製造にあたり、各原料の含有量を酸化鉄1.3kg、炭素質還元剤0.3kg及び無機バインダ0.01kgとした以外は、実施例1と同様に、混合、粒状物作製及び還元の各工程を経て、粒状物及び鉄構造体を得た。粒状物中の酸化鉄(III)、炭素質還元剤、及びケイ酸ナトリウムの各含有量並びに粒状物の平均粒径を以下の表1に示す。
得られた鉄構造体は塊状体であり、その少なくとも表面に存在する複数の繊維状物が網目構造を形成していることを電子顕微鏡により確認した。また、鉄構造体の内部は、金属鉄を含む複数の繊維状物から構成された網目状の構造を有していた。また、還元鉄を含む生成物の一部は、回転炉内壁の一部に付着した板状物として確認された。本実施例の鉄構造体の物性を以下の表1に示す。
Example 3
In producing the mixture, except that the contents of each raw material were 1.3 kg of iron oxide, 0.3 kg of carbonaceous reducing agent, and 0.01 kg of inorganic binder, granules and iron structures were obtained through the steps of mixing, granule preparation, and reduction in the same manner as in Example 1. The contents of iron oxide (III), carbonaceous reducing agent, and sodium silicate in the granules, as well as the average particle size of the granules, are shown in Table 1 below.
The obtained iron structure was a lump, and it was confirmed by an electron microscope that a plurality of fibrous materials present at least on the surface formed a mesh structure. The interior of the iron structure had a mesh structure composed of a plurality of fibrous materials containing metallic iron. A portion of the product containing reduced iron was confirmed as a plate-like material adhering to a portion of the inner wall of the rotary furnace. The physical properties of the iron structure of this example are shown in Table 1 below.
〔比較例1〕
混合物の製造にあたり、実施例1と同様の原料を用い、1.68kgの酸化鉄と0.42kgの炭素質還元剤とを混合して、粉末状の混合物(以下、混合粉ともいう)を得た。本比較例では、混合工程において、無機バインダを用いていない。
次いで、粒状物作製工程を行わずに、混合粉の全量をそのまま実施例1と同様の回転炉及び加熱条件にて還元工程を行い、還元鉄を含む固形物を得た。この固形物は回転炉内壁のほぼ全面に付着した板状物であり、平均粒径は測定できなかった。したがって、本比較例の固形物は本発明における鉄構造体ではない。
得られた固形物は、構成粒子の少なくとも表面に繊維状物の集合体によって形成された網目構造を有することを電子顕微鏡により確認した。本比較例の還元鉄を含む固形物の物性を以下の表1に示す。
Comparative Example 1
In producing the mixture, the same raw materials as in Example 1 were used, and 1.68 kg of iron oxide and 0.42 kg of a carbonaceous reducing agent were mixed to obtain a powdered mixture (hereinafter, also referred to as a mixed powder). In this comparative example, no inorganic binder was used in the mixing process.
Next, without carrying out the granular material preparation step, the entire amount of the mixed powder was directly subjected to the reduction step in the rotary furnace and under the same heating conditions as in Example 1 to obtain a solid material containing reduced iron. This solid material was a plate-like material adhering to almost the entire surface of the inner wall of the rotary furnace, and the average particle size could not be measured. Therefore, the solid material in this comparative example is not an iron structure according to the present invention.
It was confirmed by an electron microscope that the obtained solid matter had a network structure formed by an aggregate of fibrous matter at least on the surface of the constituent particles. The physical properties of the reduced iron-containing solid matter of this comparative example are shown in Table 1 below.
〔比較例2〕
実施例2と同様の粒状物を用いた。還元工程は、加熱炉として、加熱帯が回転しない固定炉(株式会社デンケンハイデンタル製、固定炉KDF-900GL)を用いた。粒状物100gをステンレス製容器(アズワン株式会社製、ストックポット、5-372-01:内径100mm×高さ100mm)に充填し、当該容器を固定炉内に入れて、固定炉内に供給する気体として窒素を用い、固定炉内の窒素流量を5L/minとして、窒素雰囲気下、950℃で3時間加熱することにより酸化鉄を金属鉄に還元し、還元鉄を含む固形物を得た。この固形物は、すべての生成物同士が結合しており、平均粒径を測定できなかったので、本発明の鉄構造体ではない。
得られた固形物は、構成粒子の少なくとも表面に繊維状物の集合体によって形成された網目構造を有することを電子顕微鏡により確認した。本比較例の還元鉄を含む固形物の物性を以下の表1に示す。
Comparative Example 2
The same granular material as in Example 2 was used. In the reduction step, a fixed furnace with a non-rotating heating zone (fixed furnace KDF-900GL, manufactured by Denken High Dental Co., Ltd.) was used as the heating furnace. 100 g of the granular material was filled into a stainless steel container (stock pot, 5-372-01, manufactured by AS ONE Corporation: inner diameter 100 mm x height 100 mm), the container was placed in a fixed furnace, and nitrogen was used as the gas to be supplied into the fixed furnace, and the nitrogen flow rate in the fixed furnace was set to 5 L/min. The iron oxide was reduced to metallic iron by heating at 950°C for 3 hours in a nitrogen atmosphere, and a solid material containing reduced iron was obtained. Since all of the products in this solid material were bonded to each other and the average particle size could not be measured, it is not an iron structure of the present invention.
It was confirmed by an electron microscope that the obtained solid matter had a network structure formed by an aggregate of fibrous matter at least on the surface of the constituent particles. The physical properties of the reduced iron-containing solid matter of this comparative example are shown in Table 1 below.
〔比較例3〕
本比較例においては、鉄構造体に代えて、固形物として汎用還元鉄粉(DOWAIPクリエイション株式会社製、型番:RK-200)を用いた。本比較例は鉄粉であり、本発明の鉄構造体ではない。また、この鉄粉は、その粒子表面に繊維状物の集合体が存在していないことを電子顕微鏡によって確認した。
Comparative Example 3
In this comparative example, instead of the iron structure, a general-purpose reduced iron powder (manufactured by DOWAIP CREATION CO., LTD., model number: RK-200) was used as a solid material. This comparative example is an iron powder, not the iron structure of the present invention. In addition, it was confirmed by an electron microscope that this iron powder had no aggregates of fibrous matter on its particle surface.
〔物性の評価〕
実施例における粒状物の平均粒径及び圧壊強度は、上述した方法で測定した。
また、実施例における鉄構造体の金属鉄含有量、炭素元素、酸素元素非鉄元素の総含有量、及び繊維状物の太さ、並びに平均粒径、かさ密度、圧壊強度及び細孔容積は、それぞれ上述した方法で測定した。
同様に、比較例3を除く比較例における還元鉄含有固形物の金属鉄含有量、炭素元素、酸素元素及びこれら元素以外の非鉄元素の総含有量、並びにかさ密度及び細孔容積は、それぞれ上述した方法で測定した。
比較例3を除く比較例における混合粉の平均粒径は、上述したレーザー回折式粒度分布測定装置によって測定される体積基準のメジアン径として測定した。結果を以下の表1に示す。
[Evaluation of physical properties]
The average particle size and crushing strength of the granules in the examples were measured by the methods described above.
In addition, the metallic iron content, carbon element, oxygen element, total content of non-ferrous elements, and thickness of the fibrous material, as well as the average particle size, bulk density, crushing strength, and pore volume of the iron structure in the examples were each measured by the methods described above.
Similarly, the metallic iron content, the total content of carbon, oxygen and non-ferrous elements other than these elements, as well as the bulk density and pore volume of the reduced iron-containing solid materials in the comparative examples except for Comparative Example 3 were measured by the methods described above.
The average particle size of the mixed powder in each of the comparative examples except for Comparative Example 3 was measured as a volume-based median size measured by the above-mentioned laser diffraction type particle size distribution measuring device. The results are shown in Table 1 below.
〔付着性の評価〕
還元工程を経て、実施例の鉄構造体及び比較例3を除く比較例の還元鉄含有固形物(以下、これらを総称して生成物ともいう。)を製造したときの、炉内壁への生成物の付着度合を評価した。
炉内壁への生成物の付着度合いは、生成物の全質量(g)及び炉内壁に付着していない生成物の質量(g)をそれぞれ測定し、以下の式(A)にて算出した。数値が低いほど、炉内壁への生成物の付着度合が少なく、生産効率に優れることを表す。結果を表1に示す。
[Evaluation of Adhesion]
The degree of adhesion of the product to the inner wall of the furnace when the iron structures of the examples and the reduced iron-containing solid materials of the comparative examples except for Comparative Example 3 (hereinafter, these are collectively referred to as products) were produced through the reduction process was evaluated.
The degree of adhesion of the product to the inner wall of the furnace was calculated by measuring the total mass (g) of the product and the mass (g) of the product not adhering to the inner wall of the furnace, and using the following formula (A). The lower the value, the less the degree of adhesion of the product to the inner wall of the furnace, and the better the production efficiency. The results are shown in Table 1.
炉内壁への生成物の付着率(%)=100×(1-([炉内壁に付着していない生成物の質量(g)]/[生成物の全質量(g)]) ・・・(A) Product adhesion rate to furnace inner wall (%) = 100 x (1 - ([mass of product not adhering to furnace inner wall (g)] / [total mass of product (g)]) ... (A)
〔結合性の評価〕
実施例及び比較例の各生成物を製造したあとに、生成物どうしの結合度合を以下の基準で目視にて評価した。結果を表1に示す。
A:生成物どうしの結合及び凝集が観察されず、取り扱い性に優れる。
B:生成物どうしの結合及び凝集が一部観察されるが、問題のない取り扱い性を有する。
C:生成物どうしの結合又は凝集が多く観察され、取り扱い性が悪い。
[Assessment of binding]
After each product of the Examples and Comparative Examples was produced, the degree of bonding between the products was visually evaluated according to the following criteria. The results are shown in Table 1.
A: No bonding or aggregation between the products is observed, and the products have excellent handleability.
B: Some bonding and aggregation between products is observed, but the product can be handled without any problems.
C: Much bonding or aggregation between products was observed, making handling difficult.
〔発熱具の発熱特性の評価〕
実施例1の鉄構造体及び比較例3の鉄粉を用いて、以下の方法で発熱具を作製し、その発熱特性の評価を行った。
[Evaluation of Heating Properties of Heating Tools]
A heating tool was produced using the iron structure of Example 1 and the iron powder of Comparative Example 3 by the following method, and its heating characteristics were evaluated.
(粉砕工程)
まず、実施例1の工程3で得られた鉄構造体を振動式ディスクミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、型式:RS200)に投入して、回転数700rpmで20秒間粉砕することによって粗鉄粉を得た。次いで、得られた粗鉄粉を、目開き106μmの試験ふるい(JTS-200-45-43)と、ロータップ試験機(株式会社テラオカ製、型式:S-2)を用いて、5分間ふるい分けを行って、篩下分として鉄粉(かさ密度0.9g/m3、平均粒子径46μm)を得た。この鉄粉は、鉄構造体の表面に形成されていた繊維状物が表面に存在しているものであった。
(Crushing process)
First, the iron structure obtained in step 3 of Example 1 was placed in a vibrating disk mill (Verder Scientific, model: RS200) and pulverized at a rotation speed of 700 rpm for 20 seconds to obtain a crude iron powder. Next, the obtained crude iron powder was sieved for 5 minutes using a test sieve (JTS-200-45-43) with a mesh size of 106 μm and a rotary tap tester (Teraoka, model: S-2) to obtain iron powder (bulk density 0.9 g/m 3 , average particle size 46 μm) as the undersieve fraction. This iron powder had fibrous matter formed on the surface of the iron structure present on its surface.
(発熱組成物の調製)
実施例1の鉄構造体から得られた鉄粉及び比較例3の鉄粉を用いて、鉄粉、活性炭及び水を含有する発熱組成物をそれぞれ調製した。発熱組成物の組成は、鉄粉100質量部、活性炭8質量部、増粘剤(グアーガム)0.3質量部、脱イオン水60質量部とした。発熱組成物は、鉄粉と活性炭とを予め混合した混合物に、脱イオン水及び増粘剤を混合した液を加え、これらを均一に混合することで調製した。
(Preparation of heat-generating composition)
Using the iron powder obtained from the iron structure of Example 1 and the iron powder of Comparative Example 3, heat generating compositions containing iron powder, activated carbon, and water were prepared. The composition of the heat generating composition was 100 parts by mass of iron powder, 8 parts by mass of activated carbon, 0.3 parts by mass of thickener (guar gum), and 60 parts by mass of deionized water. The heat generating composition was prepared by adding a liquid containing deionized water and a thickener to a mixture of iron powder and activated carbon, and mixing them uniformly.
(発熱体の製造)
上述の方法で調製した各発熱組成物を用い、図2(a)に示す構成の発熱体を製造した。基材シート11として坪量120g/m2の吸水性シートを用い、基材シート12として坪量32g/m2の木材パルプ繊維からなる紙を用いた。
吸水性シートは、特開平8-246395号の実施例1に記載の方法に従って製造した。この吸水性シートは、ポリアクリル酸ナトリウム系の吸水性ポリマーの粒子が、該シートの厚み方向中央域に主として存在しており、且つ該シートの表面には該粒子が実質的に存在していない構造を有する1枚のシートである。吸水性シートは、吸水性ポリマーの粒子がシートの厚み方向中央域に存在し、該粒子の存在領域を介して、親水性の架橋嵩高セルロース繊維を含む繊維層を有しており、該繊維層がシートの外面を構成している。
架橋嵩高セルロース繊維は、その繊維粗度が0.22mg/mであり、繊維長さの平均値は2.5mmであった。繊維層は、針葉樹晒クラフトパルプ及びポリ塩化ビニルを更に含んでいるものであった。吸水性ポリマーの粒子の平均粒径は340μmのものを用いた。繊維層の坪量を50g/m2とし、吸水性ポリマー粒子の坪量を70g/m2として、坪量120g/m2の吸水性シートを得た。
(Manufacture of heating element)
Using each of the heat generating compositions prepared by the above-mentioned method, a heat generating element having the configuration shown in Fig. 2(a) was manufactured. A water-absorbent sheet having a basis weight of 120 g/ m2 was used as the
The water-absorbent sheet was produced according to the method described in Example 1 of JP-A-8-246395. This water-absorbent sheet is a single sheet having a structure in which particles of a sodium polyacrylate-based water-absorbent polymer are mainly present in the central region in the thickness direction of the sheet, and the particles are substantially absent on the surface of the sheet. The water-absorbent sheet has particles of a water-absorbent polymer present in the central region in the thickness direction of the sheet, and has a fiber layer containing hydrophilic crosslinked bulky cellulose fibers through the region in which the particles are present, and the fiber layer constitutes the outer surface of the sheet.
The crosslinked bulky cellulose fibers had a fiber coarseness of 0.22 mg/m and an average fiber length of 2.5 mm. The fiber layer further contained softwood bleached kraft pulp and polyvinyl chloride. The water-absorbent polymer particles had an average particle size of 340 μm. The basis weight of the fiber layer was 50 g/ m2 , and the basis weight of the water-absorbent polymer particles was 70 g/ m2 , resulting in a water-absorbent sheet with a basis weight of 120 g/ m2 .
発熱体の製造は、まず、基材シート12の一方の面全域に発熱組成物を均一に塗工して塗工層を形成した。次いで、塗工層の上面全域に塩化ナトリウム粉末を均一に散布した。塩化ナトリウムの散布量は、発熱組成物における塩化ナトリウムの総含有量として、鉄粉100質量部に対して10質量部となるように散布した。その後、塩化ナトリウムを散布した塗工層上に基材シート11を積層して、図2(a)に示す構成を有する発熱体を製造した。発熱体における発熱組成物の坪量は600g/m2であった。
次いで、上述の方法で作製した発熱体を5.0cm四方に裁断し、扁平状の袋体20内部に封入した発熱具10を作製した。袋体20は、第1のシート材21として、透気度3500秒/100mLである6.3cm四方の透気性シートと、第2のシート材22として、6.3cm四方の非透気性シートとから構成されており、各シートの周縁部を接合して袋状に作製したものである。発熱体は、第1のシート材21と基材シート11とが接するように封入されていた。
The heating element was manufactured by first uniformly coating the heating composition on the entire surface of one side of the
Next, the heating element produced by the above method was cut into 5.0 cm squares and enclosed in a
(発熱特性の評価)
発熱具の発熱特性の評価は、JIS S4100:2007の方法に準じて行った。詳細には、坪量100g/m2のニードルパンチ不織布の三方をシールすることで形成した袋に発熱具を入れて、40℃の恒温槽の上に置いた。温度計は、発熱具と恒温槽表面との間に配置し、且つ発熱具の非透気性シートが該温度計と対向するように配置した。この状態で、温度変化を60分間測定した。本評価においては、60℃以上の持続時間が長いほど、発熱特性が良好であることを示す。結果を図3に示す。
(Evaluation of heat generation characteristics)
The heating characteristics of the heating tool were evaluated according to the method of JIS S4100:2007. In detail, the heating tool was placed in a bag formed by sealing three sides of a needle-punched nonwoven fabric with a basis weight of 100 g/ m2 , and placed on a thermostatic chamber at 40°C. A thermometer was placed between the heating tool and the surface of the thermostatic chamber, and the non-permeable sheet of the heating tool was placed so as to face the thermometer. In this state, the temperature change was measured for 60 minutes. In this evaluation, the longer the duration of 60°C or more, the better the heating characteristics. The results are shown in Figure 3.
表1に示すとおり、還元処理時において所定の粒径を有する粒状物を用いた実施例の製造方法は、比較例1における粉体を用いた製造方法、並びに比較例2における粒状物を固定炉で還元した製造方法と比較して、還元処理時における炉内壁への生成物の付着が低減されていることが判る。また実施例の鉄構造体はかさ密度が所定の範囲となっている。特に、実施例1の鉄構造体は、生成物どうしの結合も観察されておらず、取り扱い性により優れていることも判る。したがって、実施例の製造方法によれば、所定のかさ密度を有し、取り扱い性が良好で、生産性に優れ、粒径が均一な鉄構造体を製造することができる。
これに加えて、実施例1の鉄構造体から得られた鉄粉は、比較例3の汎用還元鉄粉と比較して、60℃程度の温度の持続時間が長く、発熱特性に優れていることが判る。したがって、実施例の鉄構造体は、発熱特性に優れる鉄粉の原料として好適に使用することができる。
As shown in Table 1, the manufacturing method of the embodiment using granular material having a predetermined particle size during reduction treatment reduces adhesion of products to the inner walls of the furnace during reduction treatment, compared to the manufacturing method using powder in Comparative Example 1 and the manufacturing method in Comparative Example 2 in which granular material is reduced in a fixed furnace. The iron structures of the embodiment also have a bulk density within a predetermined range. In particular, no bonding between the products is observed in the iron structure of Example 1, and it is also found to be superior in handleability. Therefore, according to the manufacturing method of the embodiment, it is possible to manufacture an iron structure having a predetermined bulk density, good handleability, excellent productivity, and uniform particle size.
In addition, it is found that the iron powder obtained from the iron structure of Example 1 has superior heat generating properties, maintaining a temperature of about 60° C. for a longer period of time, compared to the general-purpose reduced iron powder of Comparative Example 3. Therefore, the iron structure of the Example can be suitably used as a raw material for iron powder with superior heat generating properties.
Claims (10)
かさ密度が0.3g/cm3以上1.5g/cm3以下であり、
平均粒径が1mm以上100mm以下である、鉄構造体。 The lump comprises a mass having at least a surface composed of an aggregate of fibrous materials containing metallic iron,
The bulk density is 0.3 g/cm 3 or more and 1.5 g/cm 3 or less,
An iron structure having an average grain size of 1 mm or more and 100 mm or less.
前記非鉄元素の含有量が0.5質量%以上5質量%以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の鉄構造体。 Further comprising at least one non-ferrous element selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, silicon, titanium, aluminum, and zirconium;
The iron structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the non-ferrous elements is 0.5 mass% or more and 5 mass% or less.
酸化鉄、炭素質還元剤及び無機バインダを含み、平均粒径が1mm以上100mm以下の粒状物を、回転炉内で850℃以上1000℃以下で加熱する、鉄構造体の製造方法。 A method for manufacturing an iron structure according to any one of claims 1 to 4,
A method for manufacturing an iron structure, comprising heating granular material containing iron oxide, a carbonaceous reducing agent, and an inorganic binder and having an average particle size of 1 mm or more and 100 mm or less at 850°C or more and 1000°C or less in a rotary furnace.
酸化鉄(III)の含有量が50質量%以上90質量%以下である、請求項5又は6に記載の鉄構造体の製造方法。 The granules contain iron(III) oxide,
The method for producing an iron structure according to claim 5 or 6, wherein the content of iron (III) oxide is 50% by mass or more and 90% by mass or less.
前記粒状物における前記無機バインダの含有量が0.5質量%以上5質量%以下である、請求項5~8のいずれか一項に記載の鉄構造体の製造方法。 The inorganic binder is at least one of water glass, inorganic particles, alkoxides, and clay minerals;
The method for manufacturing an iron structure according to any one of claims 5 to 8, wherein the content of the inorganic binder in the granular material is 0.5 mass% or more and 5 mass% or less.
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