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公開番号2025144499
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-02
出願番号2024178375
出願日2024-10-10
発明の名称セメンタイトの製造方法
出願人学校法人福岡工業大学
代理人個人,個人,個人
主分類C21B 13/00 20060101AFI20250925BHJP(鉄冶金)
要約【課題】炭素析出を抑制して長期間にわたり安定してセメンタイトの生成を行うことができるセメンタイトの製造方法を提供する。
【解決手段】鉄源である酸化鉄としてヘマタイト(Fe₂O₃)を反応炉に投入すると共に、反応炉に一酸化炭素と二酸化炭素の混合ガスからなる炭化ガスを供給する。そして、炭素活量をac=1～10となるように調整し、炭化ガスとヘマタイトを還元反応させることで、炭素が析出せずにセメンタイト(Fe₃C)を効率的に長期間生成することができる。
【選択図】図3(a)
特許請求の範囲【請求項１】
酸化鉄が投入された反応炉内に、炭素活量が１よりも大きく、１０以下である炭化ガスとして、少なくとも一酸化炭素、及び、二酸化炭素を含む混合ガスを供給する工程と、
炭化ガスとして一酸化炭素と二酸化炭素を用いた場合の炭素析出が生じる領域である炭素析出領域を示すＦｅ－Ｃ－Ｏ系の相安定図における、温度が８００℃の直線、炭素活量が１と１０の曲線、ＦｅとＦｅＯの相境界線、及び、前記炭素析出領域の境界線で囲まれる領域（但し、炭素活量が１の曲線上、及び、前記炭素析出領域の境界線上は含まない）に入るような加熱条件で、前記酸化鉄を加熱してセメンタイトを生成する工程と、を備える
セメンタイトの製造方法。
続きを表示（約 880 文字）【請求項２】
酸化鉄が投入された反応炉内に、炭素活量が１よりも大きく、１０以下である炭化ガスとして、少なくとも一酸化炭素、及び、二酸化炭素を含む混合ガスを供給する工程と、
炭化ガスとして一酸化炭素と二酸化炭素を用いた場合の炭素析出が生じる領域である炭素析出領域を示すＦｅ－Ｃ－Ｏ系の相安定図における、温度が８００℃の直線、炭素活量が１と１０の曲線、及び、ＦｅとＦｅＯの相境界線で囲まれる領域であって、前記炭素析出領域を除く前記領域（但し、炭素活量が１の曲線上、及び、前記炭素析出領域の境界線上は含まない）に入るような加熱条件で、前記酸化鉄を加熱してセメンタイトを生成する工程と、を備える
セメンタイトの製造方法。
【請求項３】
高炉から排出される高炉排ガスに一酸化炭素ガスを追加して、または、高炉から排出される高炉排ガスから二酸化炭素を除外して、前記炭化ガスを生成する工程を備える
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項４】
前記酸化鉄の粒径が１ｍｍ未満である
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項５】
前記酸化鉄はヘマタイトである
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項６】
前記酸化鉄として、マグネタイトまたはウスタイトを含み、前記マグネタイトまたは前記ウスタイトを酸化してヘマタイトを生成する工程を有する
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項７】
前記セメンタイトは、０重量％～２０重量％の酸化鉄を含む
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項８】
前記反応炉は流動層式である
請求項１または請求項２に記載のセメンタイトの製造方法。
【請求項９】
前記酸化鉄の粒径が１０μｍ以上である
請求項８に記載のセメンタイトの製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、セメンタイトの製造方法に関する。詳しくは、炭素析出を抑制して長期間にわたり安定してセメンタイトの生成を行うことができるセメンタイトの製造方法に係るものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、我が国における鉄鋼生産は高炉－転炉法を主流として発展してきた。しかし現在の日本の鉄鋼業は、近年のＣＯ
２
排出問題、エネルギー問題、及び資源問題への早急な対応を迫られており、ＣＯ
２
排出が少なく、エネルギー消費の少ない電炉への変換が求められている。
【０００３】
しかしながら、電炉を中心に鉄鋼製造を行っている欧米とは異なり、我が国では高炉－転炉法による高級鋼の生産を中心に技術開発を行ってきたため、電炉に関する技術蓄積、特に大型電炉による高級鋼の製造技術はなく、高炉－転炉法からの電炉への移行には多くの課題を解決する必要がある。
【０００４】
電炉による製鋼法の主な鉄原料はスクラップであるが、このスクラップの使用による鉄鋼製造の大きな課題として、スクラップの繰り返し使用によるＣｕなどの不純物の蓄積がある。そのため、自動車用鋼板などの高級鋼を電炉で製造することは困難であり、電炉による高級鋼の製造には直接還元鉄（ＤＲＩ）やセメンタイト（Ｆｅ
３
Ｃ）などの不純物が少ない鉄源を併用し、不純物濃度を低下させる必要がある。
【０００５】
前述した鉄源のうちセメンタイトは、不純物が少ないだけでなくエネルギー消費が少なく、また、非発火性のため貯蔵、及び搬送に際してのコストがかからないという利点がある。従って、セメンタイトは電炉による鉄鋼製造において理想的な鉄源とされており、セメンタイトの工業生産のための研究開発が進められている。
【０００６】
従来、セメンタイトのパイロットプラント操業での原料としては、メタンを主体とする天然ガスが用いられてきた。しかし、日本国内では天然ガスは産出せず、そのほとんどを輸入に依存しており、セメンタイトの工業的生産の還元原料として天然ガスを用いることはコスト的に非常に不利となる。
【０００７】
この点、例えば特許文献１には、水蒸気や酸素含有ガス（空気や酸素ガス）、二酸化炭素ガス、或いはこれら混合ガスからなる還元ガスの存在下で、酸化鉄含有物質と炭素質還元剤を固体接触させた状態で、所定の温度条件下で加熱し、酸化鉄の一部が還元されることによりセメンタイトを生成する製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１２－５７２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、セメンタイトは熱力学的に不安定な準安定物質であるため、セメンタイトの生成に用いられる還元ガスの炭素活量（ａｃ）は１より大きく設定する必要がある。このことは、必然的にセメンタイトの製造過程において、常に炭素が析出する可能性があることを示しているが、前記特許文献１に開示の製造方法をはじめ、これまでのセメンタイトの製造においては、セメンタイトの生成速度を早めるために高炭素活量（例えば、ａｃ＝２０００以上）の還元ガスが使用されていた。
【００１０】
このように高炭素活量の還元ガスを使用すると、セメンタイトは早期に生成される一方で、炭素析出も早まる。そして、一旦炭素が析出するとセメンタイトの生成が中断されると共に、既に生成されたセメンタイトの分解も生じるため、その後の操業が困難な状況となり、長期間安定してセメンタイトを生成することができないという課題がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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